基于压缩感知的米波雷达低空测角算法

为解决多径环境下米波雷达对低空目标探测问题,本文结合信号空域稀疏性和多径模型下的复合导向矢量提出了一种多径环境下高分辨的低空测角方法,能够有效地克服多径效应问题。该方法首先利用多径模型下的先验信息产生复合导向矢量,然后利用该导向矢量构造压缩感知矩阵,此时的感知矩阵是整合了多径衰减系数和回波角度关系等先验信息,同时通过对多快拍数据矩阵的奇异值分解获得较高信噪比的信号数据矩阵,继而利用感知矩阵和信号数据矩阵建立最优化L1范数约束求解模型,最后利用凸优化工具求解稀疏空间谱,估计直达波和反射波入射角度值。该方法能够增强信息矢量稀疏性,在较低信噪比下可获得高分辨的角度估计性能。仿真实验证明了该方法的优越性。     

基于贝叶斯压缩感知的CSR稳健参数估计方法

针对“完全扰动”情况下压缩感知雷达(compressed sensing radar, CSR)观测矢量和感知矩阵严重失配,进而引起参数估计性能急剧下降的问题,提出了一种基于贝叶斯压缩感知(Bayesian compressed sensing, BCS)的稳健参数估计方法。首先构造“完全扰动”情况下CSR参数估计的稀疏线性模型,并从稀疏矢量的最大后验概率(maximum a posteriori, MAP)出发,推导了完全扰动矩阵服从柯西分布时的优化目标函数;随后通过稀疏矢量和尺度参数的交替迭代,求得稀疏矢量的最优解。与现有重构算法及其改进算法相比,该方法能够有效改善CSR系统应对失配误差的稳健性,提高目标成功检测的概率和参数估计的精度。计算机仿真实验验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

基于压缩感知的条带SAR缺失数据恢复成像方法

针对条带模式合成孔径雷达回波缺失数据,提出了一种利用压缩感知恢复缺失数据并成像的方法。将条带数据分块为多个子孔径数据,对子孔径利用压缩感知恢复缺失数据并拼接得到条带数据,缩短了整个数据的恢复时间,推导了压缩感知处理的基矩阵和测量矩阵。运用最大似然估计的特征向量方法(eigenvector method for maximum- likelihood estimation, EMMLE)实现了子孔径缺失数据的自聚焦,满足了压缩感知对图像的稀疏要求。利用压缩感知恢复完整的相位误差信号,解决了子孔径补偿相位误差数据的拼接问题。最后通过对恢复的雷达回波数据成像并自聚焦校正了距离徙动,得到了聚焦良好的完整图像,提高了缺失数据的成像质量。     

基于压缩感知理论的稀疏遥感成像系统设计

高分辨率的应用需求使得传统的遥感成像系统面临高速率采样、海量数据存储等难以突破的瓶颈问题。基于压缩感知理论设计的雷达和光学稀疏遥感成像系统,突破了Shannon-Nyquist定理的限制,以较少的测量数据实现了同等甚至更高质量的信号重构。首先,根据被测目标和场景的不同特性,分别设计了稀疏表示矩阵;其次,根据互相关最小化原则,选择了与稀疏表示矩阵相适应的最优感知矩阵;最后,研究了适用于二维成像大规模数据的稀疏重构算法。专业电磁散射仿真软件生成的雷达观测数据和复杂场景光学图像的数值仿真,验证了本文设计的稀疏遥感成像系统原理上的可行性。     

基于压缩感知的稀疏无源雷达成像

当窄带外辐射源数目稀少且空间分布不均匀时,通常会在无源雷达成像中产生稀疏的无规则空间谱填充,使得传统快速逆傅里叶方法(inverse fast Fourier transform, IFFT)或极坐标方法难以获得良好的目标成像效果。针对这种空间谱填充的稀疏性和非均匀性,利用压缩感知理论在处理稀疏随机采样信号重构问题上的优势,提出了稀疏无源雷达成像方法。同时通过构造传感矩阵的互相关和积累相关函数,对目标图像的可重构性进行了分析。理论分析和仿真结果表明,对具有稀疏随机空间谱特点的无源雷达成像,本文提出的成像方法是有效的。     

基于块稀疏矩阵恢复的MIMO雷达扩展目标高分辨成像算法

针对现有多输入多输出(multiple input multiple output,MIM O)雷达稀疏恢复成像算法中存在的运算量大、对扩展目标成像质量低的问题,提出一种基于块稀疏矩阵恢复的MIMO雷达扩展目标高分辨成像算法,通过引入目标块稀疏特征,提高对空间扩展目标的成像质量.首先,通过构造距离向和方位向感知矩阵,建...     

基于混沌随机滤波器的CS-MIMO雷达测量矩阵优化设计

提出了一种在压缩感知多输入多输出（compressive sensing-multiple input multiple output,CS-MIMO）雷达中利用混沌非线性系统设计随机滤波器进而实现测量矩阵优化的方法。目前,大部分研究采用高斯随机矩阵作为测量矩阵,这类测量矩阵的局限性是,每次仿真实验产生的矩阵互不相同,雷达系统无法实现在线优化,且其对硬件要〖JP〗求高,实现困难。在CS-MIMO雷达信号模型基础上构造稀疏基,提出了基于随机滤波器结构的测量矩阵设计方法,利用混沌序列构造随机滤波器系数,完成对雷达回波的压缩观测。同时以Gram矩阵逼近对角矩阵为准则对随机滤波等效测量矩阵进行优化,进一步提高雷达系统性能。仿真结果表明所提出的基于混沌随机滤波器的CS-MIMO雷达测量矩阵设计与优化算法能够有效提高波达角(direction of arrival, DOA)估计精度。     

二维稀疏采样下的双通道SAR地面运动目标检测方法

多通道合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)地面运动目标检测系统具有良好的主瓣杂波抑制能力,但是其采样数据量过大的问题给数据存储与传输系统带来沉重负担。针对该问题,提出一种二维稀疏采样下的双通道SAR运动目标检测方法。该方法首先在距离和方位两维域进行随机稀疏采样,然后利用压缩感知技术对双通道的SAR回波数据进行联合处理,构造变换矩阵将目标能量支撑区从所有场景散射点的能量支撑区中进行分离,采用基于加权的最小l₁范数优化模型进行杂波抑制与运动目标成像。所提算法能够有效降低原始数据量,在杂波散射点的空间分布稀疏性较差的情况下,仍可以较好地检测地面运动目标。仿真实验验证了所提算法的有效性。     

基于深度学习的捷变相参雷达1-Bit块稀疏重构

近年来,量化压缩感知理论在雷达目标参数估计问题中得到了广泛应用,其主要思想是对采样回波数据进行量化,并将雷达观测模型建模为欠定方程,再利用压缩感知理论对稀疏目标信号进行恢复,降低回波数据的位宽,达到简化系统、提升效率的目的 .本文建立了捷变相参雷达信号的块稀疏压缩感知模型,并提出一种基于深度学习的1 Bit块稀疏重建网...     

一种基于交叉验证的稳健SL0目标参数提取算法

利用雷达目标在空间的稀疏特性,研究了一种基于压缩感知的伪随机频率步进雷达（compressive sensing based pseudo random step frequency radar, CS-PRSFR）。首先,在分析CS-PRSFR目标回波的基础上,建立了目标参数提取模型;然后,针对在噪声统计特性未知时,传统稀疏信号重构算法无法适用的问题,提出一种基于交叉验证的稳健SL0（robust SL0 based on cross validation, CV-RSL0）目标参数提取算法。CS-PRSFR由于其感知矩阵较强的非相关性,可获得更高的距离-速度联合分辨性能;该算法无需已知噪声统计特性,随着信噪比的提高,其目标参数提取性能能够快速逼近最佳估计的下限。仿真结果表明该方法的正确性和有效性。     

稀疏场景下SAR方位向随机丢失数据的迭代成像算法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)方位向随机丢失部分数据导致目标模糊和能量分散的问题, 提出基于稀疏优化理论的重建成像方法。该方法主要针对稀疏观测场景的SAR方位向随机缺失数据的回波信号进行成像处理, 利用SAR回波模拟算子, 避免了二维回波信号矩阵变成向量的操作, 从而减小了内存占用和计算量。所提出的基于SAR近似观测模型的迭代优化重建算法能够实现对观测目标幅度的高精度重建。和传统基于匹配滤波的SAR成像算法相比, 提出的算法能够明显地消除SAR方位向随机丢失部分数据引起的目标模糊和目标能量分散。和迭代软阈值收缩算法相比, 提出的算法重建的目标幅度误差更小。理想的点目标回波数据和真实的星载SAR稀疏观测场景的回波数据处理表明了所提算法在减少重建目标误差、提高观测目标区域的目标背景比等方面有较大的优势。     

基于关联计算的相控阵雷达前视成像技术

基于关联计算成像原理, 提出一种适用于相控阵雷达的前视成像技术, 其随机移相是由配置二维相控阵雷达来实现的.为了模拟经典量子关联成像中的随机涨落光场以实现测量的不相关性, 需要控制二维相控阵辐射出的波前呈现随机幅相波动特性, 再结合压缩感知(compressive sensing, CS)的模型框架与稀疏贝叶斯学习(sparse Bayesian learning, SBL)算法解决关联耦合问题以实现目标场景的方向维和俯仰维超分辨成像。甚至可以在不需要雷达与目标相对运动的情况下, 结合宽带信号体制实现雷达前视超分辨三维成像。仿真实验和实测数据验证了其原理的正确性和算法的有效性。     

基于盲压缩感知模型的图像重构方法

为了解决压缩感知重建中噪声引起图像质量明显下降的问题,研究了自适应学习的压缩感知模型,提出了一种盲压缩感知图像重构方法。该方法采用盲压缩感知的稀疏矩阵与稀疏基交替更新的思想,应用了图像冗余变换和初始组合余弦变换基相结合的迭代策略,解决了压缩感知中的稀疏基难于表示的问题,抑制了噪声,提高了图像重构质量。通过实验验证所提方法较基于小波变换的正交匹配追踪方法和全变差方法有明显的噪声抑制功能,且能保持较好的图像纹理信息。     

基于压缩感知测量值的扩展目标检测

针对宽带雷达扩展目标检测这一问题,提出了一种在复高斯白噪声背景下基于压缩感知(compressed sensing, CS)测量值的检测新方法。新方法将CS理论引入到宽带雷达扩展目标检测领域,首先通过构造sinc基来稀疏表示扩展目标的一维距离像(high resolution range profile, HRRP),再由复杂的近似消息传递(complex approximate message passing, CAMP) 算法从被复高斯白噪声污染的CS测量值中得到HRRP由sinc基线性表示的相关系数,最后由基于l-0范数的检测器实现扩展目标检测,同时经过推导得到虚警概率和检测概率。基于实测宽带雷达回波数据的实验结果表明,所构造的sinc基可以较好地稀疏表示扩展目标的HRRP；和传统的检测器相比,所提出的新方法可以更好地实现扩展目标检测。     

基于零空间l1范数最小化的ISAR成像方法

在目标场景散射率分布满足稀疏性假设下,压缩感知(compressive sensing, CS)成像与传统距离-多普勒成像方法相比,可以使用很少的数据获得良好的图像,图像对比度高,没有旁瓣干扰。本文提出了一种基于零空间l₁范数最小化的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR) CS成像方法。从解欠定方程组的角度,将待重建目标图像分解为初猜值与残余值两部分。首先使用加权最小二乘(weighted lease square, WLS)法估计初猜值,作为目标初像；然后将待重建目标场景散射率的l₁范数作为额外的一个非线性测量值引入到图像重建中,在卡尔曼滤波框架下,利用非线性“伪测量”值,最小化待重建目标场景的l₁范数来估计零空间中残余值的解。实测ISAR数据处理验证了所提算法的有效性。与正交匹配追踪算法(matching pursuit algorithm, OMP)和primal-dual l₁范数最小化方法相比,所提方法获得的成像效果更好,成像时间比primal-dual l₁范数最小化方法更短。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

基于压缩感知的稀疏多径信道估计

提出了一种基于压缩感知理论的稀疏多径信道估计方法。利用训练序列设计了一种简化的Toeplitz结构观测矩阵,证明了观测矩阵满足限制等距特性,可以作为压缩感知的观测矩阵。根据此矩阵的近似正交性特点对正则化迭代硬阈值算法进行简化,并引入精英策略提出一种归档正则化迭代硬阈值估计算法。仿真结果表明,该估计方法相对于迭代最小二乘法具有更优的性能,且提出的归档正则化迭代硬阈值算法兼具收敛速度快和稳定性高的优点。