[发明专利]基于稀疏阵列的微波关联成像系统与成像方法

权利要求书

1.一种基于稀疏阵列的微波关联成像系统，包括：发射天线(1)、目标(2)、接收机(3)和信号处理器(5)，利用发射天线(1)产生的微波辐射场对目标(2)进行照射产生目标散射回波，存储目标(2)表面的微波辐射场(4)，接收机(3)接收目标散射回波，接收机(3)接收到的目标散射回波和预存的微波辐射场(4)通过信号处理器(5)处理，得到目标的成像，其特征在于：

所述发射天线(1)，采用由多个阵元稀疏排布构成的稀布阵列天线，各阵元发射不同的微波编码信号在空间非相干叠加形成微波辐射场，该微波辐射场具有赝热光辐射场的空时随机波动特性；

所述接收机(3)，采用单天线、单通道模式。

2.如权利要求1所述的基于稀疏阵列的微波关联成像系统，其特征在于，发射天线(1)相邻两阵元间距d满足其中λ是信号的波长。

3.如权利要求1所述的基于稀疏阵列的微波关联成像系统，其特征在于，发射天线(1)产生的微波辐射场对目标(2)的照射次数M远小于目标(2)的分辨单元总数N，其中N＝P×Q，P为目标(2)的横向分辨单元数，Q为目标(2)的纵向分辨单元数。

4.一种基于稀疏阵列的微波关联成像方法，包括如下步骤：

1)获取目标的辐射场矩阵Φ和散射回波向量y；

2)根据目标在空间的分布特征选择稀疏基矩阵Ψ；

3)将辐射场矩阵Φ与所选稀疏基矩阵Ψ相乘，得到测量矩阵Θ＝ΦΨ；

4)通过散射回波向量公式y＝Θα+ε，其中ε为高斯白噪声向量，求解下式得到稀疏系数向量α：

minα∈CN||α||ω,1+(1/2γ)||Θα-y||22]]>

其中||·||_ω,1为加权L1范数，表示为：|·|表示取复数的模值，稀疏系数向量α＝[ζ₁,ζ₂,…,ζ_n,…,ζ_N]^H∈C^N×1，H表示向量的共轭转置，C表示复数空间；[ω₁,ω₂,…,ω_n,…,ω_N]^T∈R^N×1为给定的非负权值向量，T表示向量的转置，R表示实数空间；||·||₂为L2范数，γ为与噪声水平有关的常数；

5)将步骤4求得的稀疏系数向量α代入公式x＝Ψα，解得目标的后向散射系数向量x；

6)将目标的后向散射系数向量x重排为与目标大小P×Q对应的矩阵，利用重排后得到的矩阵成像，即得到目标的成像。

5.如权利要求4所述的基于稀疏阵列的微波关联成像方法，其特征在于，步骤2)所述的根据目标在空间的分布特性选择稀疏基矩阵Ψ，按如下方式进行：

当目标在空间为稀疏分布时，则选择单元矩阵作为稀疏基矩阵Ψ；

当目标在空间为非稀疏分布时，则选择离散余弦变换DCT或离散小波变换DWT矩阵作为稀疏基矩阵Ψ。

6.如权利要求4所述的基于稀疏阵列的微波关联成像方法，其特征在于，步骤3)所述的由辐射场矩阵Φ与所选稀疏基矩阵Ψ相乘得到测量矩阵Θ＝ΦΨ，该测量矩阵Θ满足压缩感知理论中的受限等距特性RIP，即对于一个正整数S，存在一个常数δ_S，使得测量矩阵Θ能保证如下不等式成立：其中δ_S满足0＜δ_S＜1，β为稀疏度不超过S的任意向量，即向量β中最多含有S个非零值，||·||₂表示向量的L2范数。