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压缩感知理论在雷达成像中的应用研究

谢晓春  
【摘要】: 以ISAR和InISAR为代表的高分辨率雷达成像技术在军事和民用领域有着广泛的需求。通常情况下,高分辨率雷达图像的获得需要宽带雷达信号,而宽带雷达信号则又会导致雷达数据率的增加。近年来在雷达技术领域得到高度关注的压缩感知理论,其非相关测量过程能够有效地降低高分辨率雷达成像系统的数据率,有望解决雷达系统中超大数据量的采集、存储与传输问题。因此压缩感知理论和技术在雷达成像领域的应用,有可能会为高分辨率雷达成像技术带来巨大变革。压缩感知在高分辨率雷达成像中的应用研究工作虽然取得了一定的进展,但还没有针对压缩感知雷达成像理论进行系统性研究,也没能在此基础上给出实用化的成像算法。论文以基于压缩感知的雷达成像理论与算法作为研究内容,将压缩感知理论应用到高分辨率雷达成像算法中。论文围绕着成像数据获取方法、成像信号处理方法和压缩感知在宽带雷达成像中的应用等紧密联系而侧重不同的三个方面展开了研究,建立了匹配滤波体制和去斜体制下的基带回波信号稀疏表示模型,提出了压缩感知测量器应用到雷达接收机的数字方案与模拟方案,构建了具有保相性的压缩感知距离压缩算法,通过距离-方位解耦合的雷达成像框架,将压缩感知距离压缩算法与传统的雷达二维成像和InISAR三维成像算法相结合,形成了压缩感知雷达成像算法,并将其应用到调频步进宽带雷达成像中。论文通过对仿真和实测数据的处理,证明了所提出的方法的有效性。 论文的主要贡献体现在以下三个方面: 在基于压缩感知的雷达数据获取方法研究中,通过对雷达回波信号的分析,建立了匹配滤波体制和去斜体制下的雷达回波信号稀疏表示模型,并将模拟/信息转换器引入压缩感知雷达成像处理中,以实现对距离向雷达回波信号的实时测量。在此基础上提出了压缩感知测量器应用到雷达接收端的数字实现方案与模拟实现方案。 在压缩感知雷达成像算法研究中,首先在常用的稀疏信号重建算法中筛选出适合雷达成像的算法,然后与雷达回波信号稀疏表示模型以及非相干测量矩阵一起构建了具有保相性的压缩感知距离压缩算法。在此基础上利用距离-方位解耦合的雷达成像框架,将压缩感知距离压缩算法与传统的雷达二维成像和InISAR三维成像算法相结合,形成了压缩感知雷达成像算法。 在压缩感知宽带雷达成像算法研究中,结合调频步进信号的子脉冲合成方法,提出了针对调频步进信号的压缩感知测量方法,实现了压缩感知宽带雷达成像。


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