確定稀疏微波成像方位向采樣序列的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種確定稀疏微波成像方位向采樣序列的方法。該方法包括：步驟A：由稀疏微波成像系統(tǒng)的指標(biāo)要求確定其方位向采樣率fp；步驟B：根據(jù)方位向采樣率fp確定稀疏微波成像方位向采樣優(yōu)化準(zhǔn)則；以及步驟C，根據(jù)稀疏微波成像方位向采樣優(yōu)化準(zhǔn)則，基于模擬退火的采樣序列優(yōu)化算法確定方位向采樣序列。本發(fā)明利用采樣策略優(yōu)化準(zhǔn)則可以指導(dǎo)稀疏微波成像方位向的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，稀疏微波成像利用優(yōu)化后的方位向采樣方式獲取回波數(shù)據(jù)，可以提高稀疏微波成像質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】確定稀疏微波成像方位向采樣序列的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子行業(yè)雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種確定稀疏微波成像方位向采樣 序列的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微波成像在農(nóng)林監(jiān)測(cè)、海洋監(jiān)測(cè)、測(cè)繪制圖、軍事偵察等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn) 代高分辨率微波成像技術(shù)以合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar)為主，其特點(diǎn)為將 雷達(dá)設(shè)備置于載機(jī)或衛(wèi)星等運(yùn)載平臺(tái)上，運(yùn)載平臺(tái)相對(duì)于地面場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，發(fā)射并接 收電磁波。所獲得的回波經(jīng)過(guò)復(fù)雜的二維信號(hào)處理后，得到高分辨率的雷達(dá)圖像。
[0003] 稀疏微波成像（參考文獻(xiàn)1)是將稀疏信號(hào)處理理論引入微波成像中，將稀疏 信號(hào)處理與微波成像理論兩者相結(jié)合所形成的新理論、新體制和新方法。其中，稀疏信 號(hào)處理理論起源于上世紀(jì)90年代，目前的研究熱點(diǎn)之一是2006年提出的壓縮感知理論 (Compressive Sensing)(參考文獻(xiàn)2)。根據(jù)CS理論，在采樣系統(tǒng)滿足某些要求的前提下， 如果一個(gè)信號(hào)是稀疏的，那么這個(gè)信號(hào)可以由遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣定理要求的采樣率加以 采樣，并從采樣值得到完美的重建。和傳統(tǒng)的SAR相比，稀疏微波成像系統(tǒng)在降低數(shù)據(jù)率、 降低系統(tǒng)復(fù)雜度并提升系統(tǒng)成像性能等方面有著潛在的優(yōu)勢(shì)。
[0004] 稀疏微波成像可以在方位向利用稀疏采樣降低數(shù)據(jù)率，方位向稀疏采樣策略是通 過(guò)影響觀測(cè)矩陣的重建性能來(lái)間接影響稀疏微波成像質(zhì)量。采樣策略的差異決定了觀測(cè)矩 陣的稀疏重構(gòu)性能，最終決定了稀疏微波成像質(zhì)量。目前常用的評(píng)估觀測(cè)矩陣稀疏重構(gòu)性 能的準(zhǔn)則包括約束等距性質(zhì)（Restricted Isometry Property, RIP)和相關(guān)性條件。其中 RIP是充分條件，且測(cè)量矩陣的RIP常數(shù)難以驗(yàn)算；相關(guān)性條件的適用范圍比RIP條件弱， 但容易計(jì)算。觀測(cè)矩陣Φ的第k列與第k'列之間的相關(guān)性為：
[0005]

【權(quán)利要求】
1. 一種確定稀疏微波成像方位向米樣序列的方法，其特征在于，包括： 步驟A :由稀疏微波成像系統(tǒng)的指標(biāo)要求確定其方位向采樣率fp ; 步驟B :根據(jù)方位向采樣率fp確定稀疏微波成像方位向采樣優(yōu)化準(zhǔn)則；以及 步驟C，根據(jù)稀疏微波成像方位向采樣優(yōu)化準(zhǔn)則，基于模擬退火的采樣序列優(yōu)化算法確 定方位向采樣序列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，采用如下公式計(jì)算稀疏微 波成像系統(tǒng)的方位向采樣率fp : fp = Q cs * Q * V/ P a 其中，降采樣率α。,、平臺(tái)相對(duì)地面的速度v和方位向名義空間分辨率pa為稀疏微波 成像系統(tǒng)的指標(biāo)，加權(quán)系數(shù)α > 1，根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)需求由用戶確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對(duì)于單通道條帶SAR，所述步驟Β中稀疏 微波成像方位向采樣優(yōu)化準(zhǔn)則如下：
其中，τπ為待設(shè)計(jì)的采樣序列時(shí)刻，m=l，2, "·，Μ，Μ為總采樣點(diǎn)數(shù)；&表示場(chǎng)景目 標(biāo)的波束中心時(shí)刻，1 = 1，2，…，L，L表示場(chǎng)景中目標(biāo)總數(shù)；wa( ·)是天線方向圖；4表示 雷達(dá)發(fā)射信號(hào)載頻；r ( τ m-1^)表不在米樣時(shí)刻τ m時(shí)雷達(dá)與波束中心時(shí)刻目標(biāo)的瞬時(shí) 距離；dp (Φ)表示給定參數(shù)p時(shí)，單通道條帶SAR觀測(cè)矩陣相關(guān)系數(shù)的支撐集半徑，定義如 下：
其中，常數(shù)0 < P < 1 ;單通道條帶SAR觀測(cè)矩陣Φ中第m行、第1列上的元素定義為 Φ [m，1] = wa( τ m-t) · exp{j4 π f〇r( τ m-tj/c} ; μ η, (Φ)表示 Φ 的第 1 與 Γ 列之間 的相關(guān)系數(shù)
向量％表示單位矩陣的第1列；Cp是觀測(cè)矩陣相 關(guān)系數(shù)集合
子集，該集合里面的 元素構(gòu)成了觀測(cè)矩陣相關(guān)系數(shù)中能量最大的（P · 1〇〇) %的部分
< 1是約束P相關(guān)系數(shù)的支撐半徑的上界，參數(shù)P取（〇，1)之間的數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對(duì)于單通道條帶SAR，所述步驟C包括： 子步驟C1 :選擇初始采樣序列
，歸一化φ使得
計(jì)算初始//丨" 與;令最優(yōu)估計(jì)組合
設(shè)置初始溫度T > Tmin，設(shè)置支撐半徑門(mén)限βρ; 子步驟C2 :若溫度Τ低于停機(jī)溫度Tmin則跳轉(zhuǎn)到子步驟C7 ; 子步驟C3:選取當(dāng)前采樣組合
的相鄰采樣組合
歸一化Φ使得
子步驟C4 :計(jì)算
變?yōu)?br> 的概率轉(zhuǎn)移函數(shù)
如果
則不接受該轉(zhuǎn)變，則跳轉(zhuǎn)到子步驟C6 ;其中，rand( ·)生成[0,1] 之間的隨機(jī)數(shù)，概率轉(zhuǎn)移函數(shù)
的一種實(shí)現(xiàn)是：
其中，λ 1是歸一化系數(shù)； 子步驟C5:更新?tīng)顟B(tài)
則最優(yōu)
子步驟C6 :降低溫度Τ ;返回子步驟C2 ;以及 子步驟C7 :輸出估計(jì)的最優(yōu)采樣序列
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對(duì)于多通道條帶SAR，所述步驟Β中稀疏 微波成像方位向采樣優(yōu)化準(zhǔn)則如下：
其中，I為信號(hào)接收通道數(shù)；τ m為待設(shè)計(jì)的采樣序列時(shí)刻，m = 1，2, -·，Μ，Μ為總采樣 點(diǎn)數(shù)；h表示場(chǎng)景目標(biāo)的波束中心時(shí)刻，1 = 1，2，…，L，L表示場(chǎng)景中目標(biāo)總數(shù);wa( ·)是 天線方向圖
&表示雷達(dá)發(fā)射信號(hào)載 頻；da為接收子天線長(zhǎng)度；Γ(ι表示目標(biāo)最近斜距；dp(c!V a)表示給定參數(shù)p時(shí)，多通道條帶 SAR觀測(cè)矩陣相關(guān)系數(shù)的支撐集半徑，定義如下：
其中，常數(shù)0 < p < 1 ;多通道條帶SAR觀測(cè)矩陣Φ dpc;a中第1列上的元素定
其中列向量
的第m行元素 Φ i [m，1]= wa( τ m-ti) · exp {j4 π f〇ri ( τ ^-t!) / c}；
Pn , (〇dpcJ表示〇dpc；a的第1與1 ' 列之間的相關(guān)系數(shù)
向量％表示單位矩陣的第1列；Cp是觀測(cè)矩陣相 關(guān)系數(shù)集合
子集，該集合里面的 元素構(gòu)成了觀測(cè)矩陣相關(guān)系數(shù)中能量最大的（P · 1〇〇) %的部分
< 1是約束P相關(guān)系數(shù)的支撐半徑的上界。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)于多通道條帶SAR，所述步驟C包括： 子步驟C1':選擇初始采樣序列
，歸一化ΦdpM使得
計(jì)算初始
;令最優(yōu)估計(jì)組合設(shè)置初始溫度T > Tmin，設(shè)置支撐半徑門(mén)限βρ;
子步驟C2':若溫度Τ低于停機(jī)溫度Tmin則跳轉(zhuǎn)到子步驟C7'; 子步驟C3':選取當(dāng)前采樣組合
的相鄰采樣組合
，歸一化Φ使得
子步驟C4':計(jì)算
變?yōu)?br> 的概率轉(zhuǎn)移函數(shù)
如果
則不接受該轉(zhuǎn)變，則跳轉(zhuǎn)到子步驟C6';其中，rand( ·)生成[0， 1]之間的隨機(jī)數(shù)，概率轉(zhuǎn)移函數(shù)
的一種實(shí)現(xiàn)是：
其中，λ 1是歸一化系數(shù)； 子步驟C5':更新?tīng)顟B(tài)
則最
子步驟C6':降低溫度Τ;返回子步驟C2';以及 子步驟C7':輸出估計(jì)的最優(yōu)采樣序列
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)ρ = 0. 7。
【文檔編號(hào)】G01S13/89GK104142500SQ201410415740
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】蔣成龍, 趙曜, 張冰塵, 洪文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所