[發(fā)明專利]一種基于單比特壓縮感知的脈沖穿墻雷達成像方法

有效

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• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111665500B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 屈樂樂;王志鳴;楊天虹;張麗麗;房啟志
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/292
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發(fā)明提供一種基于單比特壓縮感知的脈沖穿墻雷達成像方法，屬于雷達成像技術領域，步驟如下：步驟1：建立脈沖穿墻雷達IQ通道的全采樣回波信號表示式；步驟2：對目標成像區(qū)域進行空間網(wǎng)格劃分，生成字典矩陣；步驟3：生成測量矩陣，獲得降采樣的IQ通道單比特壓縮感知測量信號；步驟4：根據(jù)字典矩陣和測量矩陣生成觀測矩陣；步驟5：使用增強型二進制迭代硬閾值算法進行成像重構。本發(fā)明提供的成像方法，能夠對時域回波信號隨機降采樣并且量化成單比特數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)的傳輸和處理更加方便，目標區(qū)域的像素更加集中，背景雜波更少，成像結果質量更高，性能更加優(yōu)異，更適用于實際場景中的脈沖穿墻雷達成像。

技術領域

本發(fā)明屬于雷達成像技術領域，具體涉及一種基于單比特壓縮感知的脈沖穿墻雷達成像方法。

背景技術

脈沖穿墻雷達是一種直接采集時域數(shù)據(jù)的雷達系統(tǒng)，主要由脈沖源、收發(fā)天線和數(shù)據(jù)采集三部分組成。脈沖穿墻雷達通過天線發(fā)射的時域脈沖穿過墻體對目標區(qū)域進行探測?；诿}沖體制的穿墻雷達具有硬件實現(xiàn)成本低和穿透能力強等特點，但脈沖穿墻雷達在追求高分辨率和高測量精度的同時，其采集的數(shù)據(jù)量過于龐大，導致數(shù)據(jù)的存儲、傳輸量增大，數(shù)據(jù)的量化也變得十分困難，對硬件方面造成沉重的負擔。不過隨著壓縮感知理論的興起，以上問題有了妥善的解決方案。

壓縮感知理論是一門新興的信號處理技術，經(jīng)過近十年的發(fā)展被充分應用于各個領域。壓縮感知可用遠小于奈奎斯特采樣定律的數(shù)據(jù)量對信號進行恢復。單比特壓縮感知在壓縮感知的基礎上更進一步，將測量數(shù)據(jù)量化成單比特，使數(shù)據(jù)的傳輸、處理變得方便的同時，對噪聲也擁有較好的魯棒性。硬件方面由一個復雜的量化器退化成一個簡單的比較器，使量化過程變得簡單，硬件的負擔被大大減小。單比特壓縮感知脈沖穿墻雷達成像方法直接利用降采樣的單比特數(shù)據(jù)實現(xiàn)對目標的準確成像及定位。

二進制迭代硬閾值算法因為其計算簡單、重構質量高等優(yōu)點被廣泛應用于單比特壓縮感知雷達成像領域。但傳統(tǒng)的單比特壓縮感知雷達成像方法只考慮場景的稀疏性而忽略了雷達信號本身的結構稀疏性。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于單比特壓縮感知的脈沖穿墻雷達成像方法，利用增強型二進制迭代硬閾值算法實現(xiàn)脈沖穿墻雷達對探測場景中塊狀目標的精準成像。增強型二進制迭代硬閾值算法是二進制迭代硬閾值算法的衍生算法，其將雙層稀疏性充分應用在雷達成像中，雙層稀疏性具體表現(xiàn)為：(1)對目標進行探測時，脈沖穿墻雷達系統(tǒng)接收機的I通道與Q通道對應相同的場景反射系數(shù)，即IQ通道具有聯(lián)合稀疏性。(2)在實際場景中，探測目標一般呈簇狀聚集而非點狀，即待重建的圖像具有塊稀疏性。

為達成以上目標，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于單比特壓縮感知的脈沖穿墻雷達成像方法，包括以下步驟：

步驟1：建立脈沖穿墻雷達IQ通道的全采樣回波信號表示式。

假設脈沖穿墻雷達有M個天線位置，對每個天線位置對IQ通道進行N次采樣；在脈沖持續(xù)周期內，采樣起始時間為t₁，采樣間隔為Δt，第m(m＝1,2,...,M)個天線位置的第n(n＝1,2,...,N)個IQ通道采樣信號如式(1)所示：

其中，P為目標個數(shù)，σ_p為第p(p＝1,2,...,P)個目標的反射系數(shù)，t_n為第n個采樣時刻，且t_n＝t₁+(n-1)Δt，τ_mp為第m個天線位置對應的第p個目標的時延，ω_c＝2πf_c為載波角頻率，f_c為載波頻率，S(t_n)為一階微分的高斯脈沖，如式(2)所示：

其中，χ＝1/f₀，f₀為一階微分高斯脈沖的中心頻率。