基于压缩感知的被动雷达导引头信源数估计方法

随着雷达反摧毁技术的发展,被动雷达导引头面临着在雷达和诱饵形成的不完全重合信号中进行超分辨测向的挑战,需要单快拍测向技术。现有测向技术大多假设信源数已知,而传统的信源数估计方法在单快拍时性能大幅下降甚至失效。为解决这一问题,提出了一种基于压缩感知的单快拍信源数估计方法。该方法首先将被动雷达导引头阵列测向模型稀疏表示,其次通过子空间算法和压缩感知算法相结合进行降阶和解相干处理,然后提出一种改进的正交匹配追踪算法,研究残差的变化规律,最后构造目标函数估计信源数。仿真实验表明,该方法在单快拍、阵元数少、信号相干的极端情况下估计成功率较高。

基于压缩感知的外辐射源雷达目标参数估计方法

外辐射源雷达通过计算互模糊函数来估计目标的距离-多普勒信息,该方法存在弱目标被强目标高副瓣掩盖及分辨率低的问题.为此提出了一种基于压缩感知的外辐射源雷达目标参数估计方法.该方法提出了采用分布式压缩感知同步子空间追踪算法实现距离域稀疏重构,采用扩展正交匹配追踪算法实现多普勒域稀疏重构.仿真和实测数据验证表明,所提方法减少了互模糊函数副瓣的影响并提高了分辨率,同时避免了字典尺寸过大和时间复杂度过高的问题.

基于压缩感知的捷变雷达距离-速度估计

在目标识别探测领域,毫米波雷达发挥着至关重要的作用。其中抗干扰能力和检测精度是衡量雷达性能的两项重要指标。为提高雷达抗干扰能力,改善雷达的信号处理效果,提升雷达的距离-速度检测精度,本文采用相参处理时间(CPI)间载频捷变与脉间脉冲重复频率(PRF)捷变相结合的雷达信号,利用压缩感知(CS)模型进行频谱生成,并设计了新型雷达距离-速度分析法进行目标检测,建立了一套完整的雷达信号处理算法。对算法的各个环节进行理论分析和仿真实验,仿真结果证明,本文设计的基于压缩感知的捷变雷达距离-速度估计方法,增强了雷达的抗干扰能力,同时提升了雷达的距离-速度检测精度。

基于压缩感知技术的激光雷达成像方法

为提升目标成像的边缘强度和信息饱和度,获取高质量激光雷达成像结果为目的,提出了种基于压缩感知技术的激光雷达成像方法。利用传输介质获取目标物体被激光束照射后反射的回波信号,对回波信号进行去噪处理,基于光信号获取目标物体光强信号,根据光强信号与空间光调制器形成的测量矩阵,复原初始目标物体图像,并通过匹配与识别等处理过程得到目标物体。实验结果显示该方法可有效消除回波信号中的噪声,边缘强度最高可达到89%,信息饱和度最高可达到85%,实际应用价值高。

压缩感知雷达成像技术综述

压缩感知理论突破了传统Nyquist采样定理的限制,它基于信号的稀疏性、测量矩阵的随机性和非线性优化算法完成对信号的压缩采样和重构。这种全新的信号处理理论为克服传统雷达固有缺陷,解决传统高分辨雷达面临的高采样率、大数据量和实时处理困难等问题提供了可能。本文概述了压缩感知基本理论,详细讨论了基于压缩感知的雷达成像技术,对压缩感知在高分辨雷达成像领域中的研究现状进行了归纳和分析,应用对象包括SAR/ISAR、穿墙雷达、MIMO雷达、探地雷达等,充分体现了压缩感知在简化雷达硬件设计、弥补雷达数据缺陷、改善雷达成像质量等方面的巨大潜力,明确了研究中存在的问题,阐述了有待进一步研究的方向,并总结了压缩感知用于雷达成像的优势和缺陷。

基于压缩感知理论的雷达成像技术与应用研究进展

压缩感知理论基于信号稀疏性,将对信号采样转换为对信息自由度的采样,可大大降低采样率。而将压缩感知理论应用于雷达成像时有望在以下几个方面得到改善:增强成像性能,简化雷达硬件设计,缩短数据获取时间,减少数据量和传输量等。该文从压缩感知的稀疏性,压缩采样,无模糊重建3个关键步骤与成像雷达有机结合的角度,对近年来基于压缩感知理论的雷达成像技术研究现状进行系统综述,重点论述场景稀疏性与成像关系,压缩采样方法(包括硬件)设计,场景图像快速高精度重建以及成像系统体制应用等方面,最后探讨了压缩感知理论应用尚需解决的问题和进一步发展方向。

一种稳健的盲稀疏度压缩感知雷达目标参数估计方法

针对压缩感知雷达(Compressive Sensing Radar,CSR)在感知矩阵和目标信息矢量失配时距离-多普勒参数估计性能下降的问题,该文提出一种稳健的盲稀疏度CSR目标参数估计方法。首先建立了CSR系统模型失配时的距离-多普勒2维参数稀疏感知模型,推导了以最小化感知矩阵相干系数(Coherence of Sensing Matrix,CSM)为准则的波形优化目标函数。其次提出了一种新的盲稀疏度CSR目标参数估计方法,通过发射波形,系统模型失配误差和目标信息矢量的相互迭代,逐步校正系统感知矩阵,最终以较高精度估计目标距离-多普勒参数。与传统CSR目标参数估计方法相比,该方法显著降低了CSR系统距离-多普勒参数的估计误差,改善了CSR目标参数估计的准确性和鲁棒性。计算机仿真验证了该方法的有效性。

基于压缩感知的稀疏阵列MIMO雷达成像方法

针对MIMO雷达对空目标单次快拍成像时天线数目较多问题,该文提出了一种稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。首先分析了MIMO雷达天线的稀疏布阵方式,其次结合压缩感知理论具体阐述了稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。该方法不仅能够对运动目标实现单次快拍成像,避免了目标机动带来的运动补偿难题,同时又能够大幅减少MIMO雷达的天线规模,便于工程实现。最后利用仿真实验验证了所提方法的有效性。

压缩感知在雷达目标探测与识别中的研究进展

压缩感知理论是针对采样率和计算复杂度的一种新的信号处理模式,它以远低于奈奎斯特频率对信号进行采样,并能准确重构出原始信号。随着宽带高分辨雷达技术发展,目标相对于背景的高度稀疏,与复杂的雷达系统、海量数据呈现极度的不平衡,压缩感知是有效地减弱这种不平衡的可能技术之一。以雷达稀疏信号的压缩测量及重构为主线,本文综述了压缩感知理论在雷达目标探测与识别中的研究进展,分析了压缩感知理论在PD雷达、穿墙雷达、MIMO雷达、雷达目标参数估计、雷达成像以及目标识别等领域的潜在应用,描述了国内外的相关研究进展。文中对研究中现存的难点问题进行了探讨,并展望了未来的研究方向。

基于压缩感知的随机噪声成像雷达

近年来提出的压缩感知(CS)理论指出可以从很少的采样点中以很大的概率准确重建原始的未知稀疏信号。该文将压缩感知与随机噪声雷达相结合,提出了基于压缩感知的随机噪声雷达,并给出了该雷达系统的基本原理框图,从理论上证明了基于压缩感知的随机噪声雷达的回波观测矩阵具有很好的等容性质,在目标场景稀疏或可以稀疏表示时,基于压缩感知的随机噪声雷达可以采集远小于常规随机噪声雷达成像所需的回波数据并能实现准确成像,最后通过仿真实验验证了该文的结论。

基于随机卷积的压缩感知雷达成像

压缩感知理论为解决传统高分辨雷达面临的大带宽信号采样、海量数据存储、传输与处理等问题提供了契机。基于随机卷积的压缩感知是一种通用有效的数据获取策略,且便于物理实现。研究了基于随机卷积的压缩感知雷达成像方法,对随机测量体系中降采样的不同实现方式进行分析和讨论。仿真和实测数据验证了成像方法的有效性,并对比分析了不同降采样方式下信噪比和样本数对成像性能的影响。

基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达是一种主动式有源激光成像雷达,它具有远高于微波合成孔径雷达的成像分辨率,能够实现对远距离目标的精细成像。由于激光信号的带宽极大,普通的硬件设备难以满足奈奎斯特采样定理的要求。提出一种基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法,该方法利用光外差方法探测回波信号,在此基础上通过对外差信号进行随机采样提取信号中的有效信息,使用正交匹配追踪算法实现对目标高分辨距离像图像的重构,最后结合频率变标算法得到目标的高分辨二维图像。仿真结果表明运用新算法对合成孔径激光雷达的回波信号进行采样,能使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率完成信号采样,并有效压低信号旁瓣,实现对目标的超高分辨成像。

压缩感知在超宽带雷达成像中的应用

利用信号的先验稀疏性,通过压缩感知(Compressive Sensing,CS)方法可以实现从少量的非适应性随机测量数据重建原始信号。将压缩感知理论应用到超宽带雷达高分辨率成像中,提出基于CS理论的二维方位-距离向成像算法,可以显著减少数据采集时间、数据量、处理时间以及节省信号带宽,并利用矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer,VNA)测量的实验数据验证了采用时间和空间减采样数据的CS算法可以实现与传统的延迟-求和波束形成方法(Delay-Sum Beamform-ing,DSBF)相当的成像质量和分辨率。

基于压缩感知的二维雷达成像算法

压缩感知理论能够有效地降低高分辨率雷达成像系统的数据率。该文通过对复基带雷达回波信号模型的稀疏性分析,提出了一种具有保相性的压缩感知距离压缩算法。在此基础上建立了距离向采用压缩感知距离压缩算法,方位向采用传统的雷达成像算法处理的雷达2维成像方案。通过对仿真和实测逆合成孔径雷达数据的成像处理验证了方案的有效性。

基于贝叶斯压缩感知的合成孔径雷达高分辨成像

基于压缩感知(CS)的合成孔径雷达成像方法可以显著减少数据采样时间、数据量以及节省信号带宽。然而,基于CS的方法对噪声和杂波相当敏感,在信噪比较低的时候,成像质量较差。该文结合CS理论提出了合成孔径雷达中的随机孔径贝叶斯压缩感知(BCS)高分辨2维成像方法。在距离向应用CS减少采样数据的同时,在方位向随机抽取部分孔径位置发射和接收信号,以少量的测量孔径和测量数据获得重建目标空间的足够信息。基于贝叶斯的分析方法由于考虑了成像场景中的杂波以及压缩采样过程中的加性噪声,因而能够更好地重建目标空间。仿真结果表明,基于贝叶斯方法得到的图像比基于FFT方法得到的图像更加尖锐,比基于CS方法得到的图像更加稀疏,因而具有更高的分辨率。

压缩感知理论在频率步进探地雷达偏移成像中的应用

该文针对频率步进探地雷达的具体工作过程,利用目标成像空间的稀疏性提出了一种基于压缩感知理论的频率步进探地雷达偏移成像算法,成像过程中首先采用杂波抑制方法在频率域去除直达波,同时利用交叉验证算法来估计成像过程中的正则化参数,最后基于稀疏约束最优化方法实现对地下目标成像,仿真和实验数据表明了该算法的可行性和有效性。

基于压缩感知的频率步进探地雷达成像算法

与时域无载频脉冲体制的探地雷达技术相比,频率步进探地雷达(stepped-frequency ground penetratingradar,SFGPR)具有较多优越性,但由于其工作频率是以阶梯方式步进,导致成像速度较慢。提出了一种基于压缩感知(compressive sensing,CS)的频率步进探地雷达成像算法。实验结果表明,基于CS理论构建的CS-SFGPR系统具有数据采集时间短、成像速度快等特点。

基于改进正交匹配追踪算法的压缩感知雷达成像方法

运算复杂度高是基于压缩感知(CS)的雷达成像方法走向实用亟待克服的难题。该文利用雷达目标散射率分布的稀疏性,研究了基于改进正交匹配追踪(OMP)算法的2维联合压缩成像方法。首先建立了步进频雷达回波的稀疏表示模型,根据稀疏字典和压缩测量的2维可分离特性,提出一种改进的OMP算法用于雷达图像形成,大大提高了计算效率,并很容易扩展到其他贪婪类算法中。从理论上对几种CS成像算法的性能及资源需求进行了分析比较,表明所提供的算法相比常规的CS算法在存储量和计算量上均具有显著的优势,仿真及暗室数据实验验证了所提成像算法的有效性。

压缩感知理论在探地雷达三维成像中的应用

该文基于探地雷达成像目标空间的稀疏特性,提出了探地雷达中的随机孔径压缩感知3维成像方法,该方法在单道数据获取中应用压缩感知减少采集数据量的同时,在x-y测量平面上随机抽取部分孔径位置进行测量,以少量的测量孔径和测量数据获得重建目标空间的足够信息,同时该文研究了噪声以及测量矩阵对算法性能的影响。结果表明,随机孔径压缩感知成像算法比传统后向投影算法所需数据量少,成像效果好,目标旁瓣小,对噪声的鲁棒性更好。

压缩感知雷达波形优化设计

针对压缩感知雷达(CSR)波形优化问题,该文提出一种基于感知矩阵相关性最小化的CSR波形优化设计方法。首先建立了CSR的系统模型,给出了最小化感知矩阵相关性的波形优化目标函数,其次以多相编码信号作为优化码型,采用模拟退火(SA)算法对目标函数进行优化求解。优化波形有效降低了感知矩阵的相关性,由此提高了CSR目标信息提取的准确性和稳健性。计算机仿真表明优化波形使得感知矩阵相关系数较传统雷达波形明显减小,验证了该方法的有效性。