專(zhuān)利名稱(chēng)：一種壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，是一種壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，用于成像雷達(dá)系統(tǒng)中利用目標(biāo)場(chǎng)景的稀疏特性，估計(jì)基于壓縮感知理論成像雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)的模型和方法。
背景技術(shù)：
成像雷達(dá)是一種能夠?qū)Φ孛婺繕?biāo)進(jìn)行高分辨率成像的遙感設(shè)備。它不受天氣和時(shí)間的限制，能全天時(shí)、全天候的成像，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的微波具有穿透植被和地表層的能力，在軍用和民用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著各個(gè)領(lǐng)域?qū)走_(dá)圖像分辨率的需求不斷提高，以香農(nóng)采樣定理為基礎(chǔ)的信號(hào)處理框架對(duì)采樣速度和數(shù)據(jù)處理速度的要求越來(lái)越高，因而對(duì)雷達(dá)信號(hào)獲取和處理的難度在日益加劇。近幾年，出現(xiàn)了一種新的采樣理論一壓縮采樣，或稱(chēng)壓縮感知(CS，compressive sampling or compressed sensing)，該方法是在采樣過(guò)程的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)壓縮，即以低于奈奎斯特速率的采樣率進(jìn)行采樣，并能以極高的準(zhǔn)確率恢復(fù)出原信號(hào)(參見(jiàn)《Compressed sensing》， 干丨J 于 IEEE Transactions on Information Theory, vol.52, Apr. 2006, pp.1289-1306)。利用壓縮感知技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理必須具備一個(gè)重要的假設(shè)前提，即數(shù)據(jù)的稀疏性。例如，當(dāng)給定NXN的矩陣Ψ = [Ψι| ψ2|…I Ψη]時(shí)，其中Vi表示矩陣的i列時(shí)，一
個(gè)長(zhǎng)度為N的實(shí)信號(hào)X可以表示為
權(quán)利要求
1.一種壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，其特征在于，包括步驟a)利用信息論原理建立基于壓縮感知成像雷達(dá)模型；按照回波信號(hào)的生成過(guò)程，將壓縮感知成像雷達(dá)的回波寫(xiě)成如下模型Y = Φ · χ+Ν = Θ · H · Χ+Ν = S+N其中，S = 0.H.Xe Cwxl表示理想壓縮感知成像雷達(dá)的回波信號(hào)，Φ = Θ He C_ 為壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的觀測(cè)矩陣(簡(jiǎn)稱(chēng)觀測(cè)矩陣)，Θ 為稀疏測(cè)量矩陣， H e C"x"表示成像雷達(dá)系統(tǒng)的觀測(cè)矩陣，X e Ciixl表示稀疏目標(biāo)信號(hào)，N e (Cmxl表示系統(tǒng)觀測(cè)噪聲；b)計(jì)算從回波數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確重建目標(biāo)信號(hào)所需要的壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)功率；C)計(jì)算從回波數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確重建目標(biāo)信號(hào)所需要的最少回波信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)；d)計(jì)算從回波數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確重建目標(biāo)信號(hào)時(shí)，目標(biāo)信號(hào)的稀疏度需要滿(mǎn)足的關(guān)系；e)計(jì)算壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)分辨能力，完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，其特征在于，所述a)步中的基于壓縮感知成像雷達(dá)模型Υ = Φ ·Χ+Ν = θ ·Η ·Χ+Ν = S+N，是一個(gè)從信源到信宿的信道傳輸模型，它由兩個(gè)獨(dú)立的信道級(jí)聯(lián)而成信道1 :S = Φ · X是一個(gè)從高維到低維的投影信道；信道2 =Y = S+N是一個(gè)并聯(lián)的高斯信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，其特征在于，所述b)步中，所需要的壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)功率為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，其特征在于，所述c)步中的最少回波信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，其特征在于，所述d)步中，目標(biāo)信號(hào)的稀疏度需要滿(mǎn)足的關(guān)系為式中，稀疏度為口 = ，即信號(hào)中非零元素的個(gè)數(shù)k與目標(biāo)信號(hào)的長(zhǎng)度η的比值，m為壓縮感知成像雷達(dá)回波信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)，c為一取值在1 5之間的常數(shù)，η為稀疏目標(biāo)信號(hào)的長(zhǎng)度，k為稀疏目標(biāo)信號(hào)中非零元素的個(gè)數(shù)，SNR為壓縮感知成像雷達(dá)回波信號(hào)的信噪比，Ntl 表示雷達(dá)圖像的分辨等級(jí)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，其特征在于，所述e)步中，計(jì)算壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)分辨能力為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，其特征在于，同樣適用于變換處理后的數(shù)據(jù)和變換稀疏的目標(biāo)場(chǎng)景；包括a)對(duì)采集的回波數(shù)據(jù)Ye (Cwxl進(jìn)行變換處理，是用一個(gè)矩陣T e Cmxm與Y相乘，變換處理后的回波數(shù)據(jù)Y'e Cmxl表示為Y' = T · Y = T · Φ · X+T · N = T · θ · H · X+T · N = S' +N'其中，S'= T.Φ.Xe Cmxl表示變換處理后的壓縮感知成像雷達(dá)回波信號(hào)， Φ = Θ·Η e Cmx"為壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的觀測(cè)矩陣，Te Cw■表示變換矩陣， Θ e Cmx"為稀疏測(cè)量矩陣，H G (C"x"表示成像雷達(dá)系統(tǒng)觀測(cè)矩陣，X G C"xl表示稀疏目標(biāo)信號(hào)，N e Cmxl表示系統(tǒng)觀測(cè)噪聲，N' G Cmxl表示變換后的系統(tǒng)觀測(cè)噪聲；b)若目標(biāo)場(chǎng)景在時(shí)域不稀疏，而在某個(gè)變換域Ψ中是稀疏的，即目標(biāo)信號(hào) Χ = Ψ·αε€"χ1，其中TeC7x"表示稀疏變換矩陣，α e CT1表示稀疏系數(shù)向量；將Φ · Ψ 作為觀測(cè)矩陣，α作為此時(shí)目標(biāo)信號(hào)，那么壓縮感知成像雷達(dá)回波信號(hào)的生成過(guò)程可以寫(xiě)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表示理想的壓縮感知成像雷達(dá)回波信號(hào)， Φ = Θ H Wg Cwx"為壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的觀測(cè)矩陣，Θ e Cmx"為稀疏測(cè)量矩陣， H e Τχ"表示成像雷達(dá)系統(tǒng)觀測(cè)矩陣，Ψ G 表示稀疏變換矩陣，α e C"xl表示稀疏目標(biāo)信號(hào)，N e Cwxl表示系統(tǒng)觀測(cè)噪聲；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三式有相同的表達(dá)，所述模型的方法同樣適用于變換處理后的數(shù)據(jù)和變換稀疏的目標(biāo)場(chǎng)景。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種壓縮感知成像雷達(dá)參數(shù)的方法，涉及成像雷達(dá)技術(shù)，利用信息論原理建立基于壓縮感知成像雷達(dá)模型，并利用該模型來(lái)計(jì)算壓縮感知成像雷達(dá)的發(fā)射機(jī)功率，回波的信噪比，目標(biāo)場(chǎng)景的稀疏度和壓縮感知成像雷達(dá)圖像分辨能力。本發(fā)明方法不僅反映了壓縮感知成像雷達(dá)的成像過(guò)程，并且能夠有效定量估計(jì)壓縮感知成像雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù)，也適用于變換處理后的數(shù)據(jù)和變換稀疏的目標(biāo)場(chǎng)景，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01S7/02GK102375137SQ20101025694
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者吳一戎, 張冰塵, 江海, 洪文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所