专利名称：一种压缩感知成像雷达参数的方法
技术领域：
本发明涉及成像雷达技术领域，是一种压缩感知成像雷达参数的方法，用于成像雷达系统中利用目标场景的稀疏特性，估计基于压缩感知理论成像雷达系统参数的模型和方法。
背景技术：
成像雷达是一种能够对地面目标进行高分辨率成像的遥感设备。它不受天气和时间的限制，能全天时、全天候的成像，波长较长的微波具有穿透植被和地表层的能力，在军用和民用等领域有着广泛的应用。随着各个领域对雷达图像分辨率的需求不断提高，以香农采样定理为基础的信号处理框架对采样速度和数据处理速度的要求越来越高，因而对雷达信号获取和处理的难度在日益加剧。近几年，出现了一种新的采样理论一压缩采样，或称压缩感知(CS，compressive sampling or compressed sensing)，该方法是在采样过程的同时，实现信号压缩，即以低于奈奎斯特速率的采样率进行采样，并能以极高的准确率恢复出原信号(参见《Compressed sensing》， 干丨J 于 IEEE Transactions on Information Theory, vol.52, Apr. 2006, pp.1289-1306)。利用压缩感知技术对数据进行处理必须具备一个重要的假设前提，即数据的稀疏性。例如，当给定NXN的矩阵Ψ = [Ψι| ψ2|…I Ψη]时，其中Vi表示矩阵的i列时，一
个长度为N的实信号X可以表示为
权利要求
1.一种压缩感知成像雷达参数的方法，其特征在于，包括步骤a)利用信息论原理建立基于压缩感知成像雷达模型；按照回波信号的生成过程，将压缩感知成像雷达的回波写成如下模型Y = Φ · χ+Ν = Θ · H · Χ+Ν = S+N其中，S = 0.H.Xe Cwxl表示理想压缩感知成像雷达的回波信号，Φ = Θ He C_ 为压缩感知成像雷达系统的观测矩阵(简称观测矩阵)，Θ 为稀疏测量矩阵， H e C"x"表示成像雷达系统的观测矩阵，X e Ciixl表示稀疏目标信号，N e (Cmxl表示系统观测噪声；b)计算从回波数据中准确重建目标信号所需要的压缩感知成像雷达系统的发射机功率；C)计算从回波数据中准确重建目标信号所需要的最少回波信号采样点数；d)计算从回波数据中准确重建目标信号时，目标信号的稀疏度需要满足的关系；e)计算压缩感知成像雷达系统的目标分辨能力，完毕。
2.根据权利要求1所述的压缩感知成像雷达参数的方法，其特征在于，所述a)步中的基于压缩感知成像雷达模型Υ = Φ ·Χ+Ν = θ ·Η ·Χ+Ν = S+N，是一个从信源到信宿的信道传输模型，它由两个独立的信道级联而成信道1 :S = Φ · X是一个从高维到低维的投影信道；信道2 =Y = S+N是一个并联的高斯信道。
3.根据权利要求1所述的压缩感知成像雷达参数的方法，其特征在于，所述b)步中，所需要的压缩感知成像雷达系统的发射机功率为
4.根据权利要求1所述的压缩感知成像雷达参数的方法，其特征在于，所述c)步中的最少回波信号采样点数为
5.根据权利要求1所述的压缩感知成像雷达参数的方法，其特征在于，所述d)步中，目标信号的稀疏度需要满足的关系为式中，稀疏度为口 = ，即信号中非零元素的个数k与目标信号的长度η的比值，m为压缩感知成像雷达回波信号采样点数，c为一取值在1 5之间的常数，η为稀疏目标信号的长度，k为稀疏目标信号中非零元素的个数，SNR为压缩感知成像雷达回波信号的信噪比，Ntl 表示雷达图像的分辨等级数。
6.根据权利要求1所述的压缩感知成像雷达参数的方法，其特征在于，所述e)步中，计算压缩感知成像雷达系统的目标分辨能力为
7.根据权利要求1所述的压缩感知成像雷达参数的方法，其特征在于，同样适用于变换处理后的数据和变换稀疏的目标场景；包括a)对采集的回波数据Ye (Cwxl进行变换处理，是用一个矩阵T e Cmxm与Y相乘，变换处理后的回波数据Y'e Cmxl表示为Y' = T · Y = T · Φ · X+T · N = T · θ · H · X+T · N = S' +N'其中，S'= T.Φ.Xe Cmxl表示变换处理后的压缩感知成像雷达回波信号， Φ = Θ·Η e Cmx"为压缩感知成像雷达系统的观测矩阵，Te Cw■表示变换矩阵， Θ e Cmx"为稀疏测量矩阵，H G (C"x"表示成像雷达系统观测矩阵，X G C"xl表示稀疏目标信号，N e Cmxl表示系统观测噪声，N' G Cmxl表示变换后的系统观测噪声；b)若目标场景在时域不稀疏，而在某个变换域Ψ中是稀疏的，即目标信号 Χ = Ψ·αε€"χ1，其中TeC7x"表示稀疏变换矩阵，α e CT1表示稀疏系数向量；将Φ · Ψ 作为观测矩阵，α作为此时目标信号，那么压缩感知成像雷达回波信号的生成过程可以写成如下模型γ = φ · χ+Ν = Θ · H · Χ+Ν = Θ · H · Ψ · α +N = S+N其中，S 二 Θ·Η·Ψ·α￡ Τχ1表示理想的压缩感知成像雷达回波信号， Φ = Θ H Wg Cwx"为压缩感知成像雷达系统的观测矩阵，Θ e Cmx"为稀疏测量矩阵， H e Τχ"表示成像雷达系统观测矩阵，Ψ G 表示稀疏变换矩阵，α e C"xl表示稀疏目标信号，N e Cwxl表示系统观测噪声；其中，γ = Φ · χ+Ν = θ · H · X+N = S+N,Y' = T · Y = T · Φ · X+T · N = T · θ · H · X+T · N = S' +N'禾口γ = φ · χ+Ν = Θ · H · Χ+Ν = Θ · H · Ψ · α +N = S+N三式有相同的表达，所述模型的方法同样适用于变换处理后的数据和变换稀疏的目标场景。
全文摘要
本发明公开了一种压缩感知成像雷达参数的方法，涉及成像雷达技术，利用信息论原理建立基于压缩感知成像雷达模型，并利用该模型来计算压缩感知成像雷达的发射机功率，回波的信噪比，目标场景的稀疏度和压缩感知成像雷达图像分辨能力。本发明方法不仅反映了压缩感知成像雷达的成像过程，并且能够有效定量估计压缩感知成像雷达系统的参数，也适用于变换处理后的数据和变换稀疏的目标场景，具有很好的推广应用前景。
文档编号G01S7/02GK102375137SQ20101025694
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者吴一戎, 张冰尘, 江海, 洪文 申请人:中国科学院电子学研究所