专利名称：基于调频率-压缩感知的稀疏isar成像方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，涉及ISAR成像方法，通过字典学习得到运动目标距离-方位距离像，更利于后续的目标识别。
背景技术：
ISAR成像具有全天时、全天候优点，是目标探测与识别的有效手段，因此ISAR成像成为雷达技术领域的研究热点。ISAR成像通过发射宽带信号得到距离高分辨率，通过对目标回波的相干积累得到高的方位分辨率，从而得到距离-多普勒图像。由于非合作目标相对于雷达视线转速未知，得到ISAR像方位维多普勒频率不代表目标的真实尺寸，从而给基于ISAR图像的目标识别 带来一定的难度。由于实际系统可能回波脉冲数有限或部分脉冲受到较强的干扰，传统基于傅立叶变换的距离-多普勒算法将会失效。为此，国内外学者将超分辨参数化谱估计方法应用到 ISAR 成像中，如[lazarov A D. Iterative MMSE method and recurrent kalmanprocedure for ISAR image reconstruction[J]. IEEE Transations on Aerospace andElectronic System, 2001, 37 (4) :1432-1440]。与传统非参数方法相比,参数化谱估计方法可以得到超分辨的ISAR图像。由于没有利用稀疏的先验信息，上述方法得到的解不精确且收敛性没有得到证明。超分辨成像实际上是一个内插过程，即从一个低维度的信号，恢复出高维度的信号，由于方程是欠定的，故其解具有不确定性。近年来压缩感知理论在国内外得到了广泛研究，压缩感知理论指出在一定的条件可以通过LI范数优化精确恢复出高维度稀疏信号。由于成像目标散射点具有稀疏的特性，为压缩感知在SAR/ISAR成像中的应用提供了良好的条件。目前已有压缩感知在ISAR成像中应用的研究，如[L. Zhang, M. D. Xing,C. ff. Qiu, J. Li, Z. Bao, ^Achieving higher resolution ISAR imaging with limitedpulses via compressed sensing, ^IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. Lett. ,vol. 6,no. 3,PP. 567-571，Jul. 2009]。文中通过对目标旋转运动一阶展开，得到傅立叶字典，然后通过凸优化求解，最终得到目标的ISAR像。上述压缩感知ISAR成像方法虽然在一定条件下可以得到目标的稀疏ISAR图像，但由于其利用固定的傅立叶字典，因而不具有自适应性。另外，由于压缩感知ISAR成像方法不具有转速信息，得到的为距离-多普勒ISAR图像，不能代表真实目标尺寸，不利于后续的目标识别。
发明内容
本发明的主要目的在于针对上述已有方法的不足，提出一种基于调频率-压缩感知的稀疏ISAR成像方法。以得到目标的距离-方位距离ISAR图像，利于后续的目标识别。实现本发明目的技术思路是在傅立叶基的基础上，通过引入散射点调频率信息，构造出更为精确的反映目标运动状态的调频率字典，利用散射点的调频率能够进行转速估计。
实现本发明目的的核心思想是通过对目标旋转运动进行二阶展开，得到目标信号模型。通过迭代估计参数，进而得到转速的估计，最终得到目标的距离-方位距离ISAR图像。其技术步骤包括如下(I)对雷达回波进行平动补偿，得到ISAR成像的信号模型；(2)根据得到ISAR成像模型，构造ISAR成像的调频率字典T ；(3)将雷达回波排列成一个MN的列矢量y，其中M和N分别为雷达距离单元数和脉冲数；(4)根据调频率字典T和回波列矢量信号y，利用凸优化工具包CVX求解稀疏ISAR的矢量信号w ；(5)根据得到的稀疏ISAR矢量信号W，利用牛顿法求解调频率矢量α ；(6)根据得到调频率矢量α ,计算目标转动参数ω
权利要求
1.一种基于调频率-压缩感知的稀疏ISAR成像方法，包括以下步骤 (1)对雷达回波进行平动补偿，得到ISAR成像的信号模型； (2)根据得到ISAR成像模型，构造ISAR成像的调频率字典T； (3)将雷达回波排列成一个MN的列矢量y，其中M和N分别为雷达距离单元数和脉冲数； (4)根据调频率字典T和回波列矢量信号y，利用凸优化工具包CVX求解稀疏ISAR的矢量信号w ； (5)根据得到的稀疏ISAR矢量信号W，利用牛顿法求解调频率矢量α； (6)根据得到调频率矢量α，计算目标转动参数ω
2.根据权利要求I所述的基于调频率-压缩感知的稀疏ISAR成像方法，其中步骤2所述的构造ISAR成像的调频率字典Τ，按如下步骤进行 2a)依据雷达ISAR信号模型，构造如下多普勒字典Tf及与调频率相关的字典Ta
3.根据权利要求I所述的基于调频率-压缩感知的稀疏ISAR成像方法，其中步骤5所述的牛顿法求解调频率矢量a，按如下步骤进行 5a)设定调频率初始值a1=。迭代次数n=l，收敛门限δ =10_5 ; 5b)利用|y-Tw的梯度fa及Hessian矩阵Ha，计算调频率矢量
全文摘要
本发明公开了一种基于调频率-压缩感知稀疏ISAR成像方法，主要解决现有成像方法模型不精确和不能得到目标距离-方位距离ISAR图像的问题。其实现过程是(1)对回波进行平动补偿；(2)固定调频率α的值，构造调频率字典T，求解得到ISAR信号矢量w；(3)固定ISAR信号矢量w，求解调频率α；(4)利用得到的调频率α，计算转动参数ω；(5)用ISAR信号矢量w进行ISAR成像，利用求得的转动参数ω对ISAR图像进行方位尺度标注；(6)输出最终得到距离-方位距离ISAR图像。本发明与现有稀疏成像方法相比，模型更精确，求解参数准确，能够得到目标距离-方位距离的稀疏ISAR图像，更有利于后续目标识别的特征提取与分类器设计。
文档编号G01S13/89GK102879777SQ20121034411
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者刘宏伟, 纠博, 刘红超, 杜兰, 王英华, 保铮 申请人:西安电子科技大学