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基于联合块稀疏模型的随机调频步进ISAR成像方法

吕明久 陈文峰 夏赛强 杨 军 马晓岩

吕明久, 陈文峰, 夏赛强, 杨 军, 马晓岩. 基于联合块稀疏模型的随机调频步进ISAR成像方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(11): 2614-2620. doi: 10.11999/JEIT180054
引用本文: 吕明久, 陈文峰, 夏赛强, 杨 军, 马晓岩. 基于联合块稀疏模型的随机调频步进ISAR成像方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(11): 2614-2620. doi: 10.11999/JEIT180054
Mingjiu LÜ, Wenfeng CHEN, Saiqiang XIA, Jun YANG, Xiaoyan MA. Random Chirp Frequency-stepped Signal ISAR Imaging Algorithm Based on Joint Block-sparse Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(11): 2614-2620. doi: 10.11999/JEIT180054
Citation: Mingjiu LÜ, Wenfeng CHEN, Saiqiang XIA, Jun YANG, Xiaoyan MA. Random Chirp Frequency-stepped Signal ISAR Imaging Algorithm Based on Joint Block-sparse Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(11): 2614-2620. doi: 10.11999/JEIT180054

基于联合块稀疏模型的随机调频步进ISAR成像方法

doi: 10.11999/JEIT180054
基金项目: 国家自然科学基金(61671469)
详细信息
    作者简介:

    吕明久:男,1985年生,博士生,研究方向为压缩感知在雷达成像中的应用研究

    陈文峰:男,1989年生,博士生,研究方向为双基地ISAR成像及压缩感知方面的研究

    夏赛强:男,1994年生,硕士生,研究方向为杂波干扰方面的研究

    杨 军:男,1973年生,副教授,主要研究方向为雷达系统、雷达信号处理与检测理论

    马晓岩:男,1962年生,教授,主要研究方向为雷达系统、雷达信号处理与检测理论、现代信号处理及其应用

    通讯作者:

    吕明久  lv_mingjiu@163.com

  • 中图分类号: TN957.52

Random Chirp Frequency-stepped Signal ISAR Imaging Algorithm Based on Joint Block-sparse Model

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61671469)
  • 摘要: 在回波数据稀疏、低信噪比等不利条件下,利用随机调频步进信号进行ISAR成像时,成像性能将会严重下降。针对上述问题,该文在充分分析随机调频步进信号回波特性的基础上,提出利用目标距离向具有的联合块稀疏特征来获得高质量ISAR图像的新方法。首先,推导了在随机调频步进信号发射波形条件下目标回波信号的联合块稀疏成像模型并分析了该模型特征;其次,提出了联合块稀疏正交匹配追踪稀疏重构算法(JBOMP)实现对模型的求解。该算法利用ISAR回波信号具有的块稀疏以及联合稀疏等先验信息,因此在低量测值、低信噪比条件下的ISAR成像性能得到了增强。所提算法还可以实现对多维信号的联合处理,且具有较快的运算速度。理论分析与仿真实验均验证了所提方法的有效性。
  • 图  1  距离像块稀疏示意

    图  2  联合块稀疏模型示意

    图  3  不同信噪比条件下的重构性能比较

    图  4  不同信噪比条件下的运行时间比较

    图  5  实测数据距离向联合块稀疏示意

    图  6  不同算法的实测数据成像结果对比

    图  7  不同算法的仿真数据成像质量对比

    表  1  JBOMP算法

    输入:量测数据 ${{S}}$、感知矩阵 ${{Θ}} ({n_a})$、信号个数Na、块稀疏度 $k$、迭代次数n=1
    初始化:初始残差 ${{R}}_g^{\left( 0 \right)}({n_a}) = {{s}}({n_a})$,重构结果 ${\hat {{x}}_{{n_a}}} = 0$,支撑集 ${{{T}}^0} = \varnothing $。
    第1步  子块选择:通过式(8)计算每个子块的平均内积值 ${{{u}}_g}$,并根据式(9)索引出内积最大的子块对应的位置 ${\lambda _g}$并更新子块支撑集:
    ${{{T}}^n} = {{{T}}^{n - 1}} \cup {\lambda _g}$;
    第2步  子块重构:采用最小二乘法重构 ${\rm Na}$个子块信号: ${{\hat{{x}}}_g}({n_a}) = {\left( {{{Θ}}({n_a})_{{{{T}}^n}}^*{{Θ}}{{({n_a})}_{{{{T}}^n}}}} \right)^{ - 1}}{{Θ}}({n_a})_{{{{T}}^n}}^*{{s}}({n_a})$;
    第3步  残差更新:对 ${\rm Na}$个信号的残差值进行更新: ${{R}}_g^{\left( n \right)}({n_a}) = {{s}}({n_a}) - {{Θ}}{({n_a})_{{{T}^n}}}{{\hat{{x}}}_g}({n_a})$;
    第4步  迭代终止条件:若 $n < K$,则返回执行第1步至第3步的循环操作;若 $n \ge K$,则停止迭代,执行第5步;
    第5步  输出重构信号 $\hat {{x}}({n_a})$:将每个子块的稀疏重构信号 ${\hat {{x}}_g}({n_a})$进行组合即可得到最终的 ${\rm Na}$个重构信号 $\hat {{x}}({n_a})$,其中 $\hat {{x}}{({n_a})_{{{{T}}^c}}} = 0$。 ${{{T}}^c}$为 ${{T}}$的
    补集, ${{T}}$表示信号的支撑集。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-16
  • 修回日期:  2018-07-17
  • 网络出版日期:  2018-08-01
  • 刊出日期:  2018-11-01

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