[发明专利]基于ADMM的快速稀疏孔径ISAR自聚焦与成像方法

说明书

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于ADMM的快速稀疏孔径ISAR自聚焦与成像方法。包括以下步骤：S1对稀疏孔径雷达回波进行建模；S2通过ADMM重构目标ISAR图像X；S3通过最小熵准则估计初相误差φ。本发明取得的有益效果为：通过本发明可从稀疏孔径雷达回波中有效估计初相误差，实现ISAR自聚焦，且可有效消除欠采样引入的旁瓣与栅瓣影响，获取高分辨ISAR图像；鲁棒性强，在低信噪比条件下仍然可以实现ISAR自聚焦与成像；运算效率高，可应用于实时ISAR成像系统，有重要工程应用价值。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于交替方向乘子 (AlternatingDirection Method of Multipliers，ADMM)的快速稀疏孔径ISAR自聚焦与成像 方法。

背景技术

逆合成孔径雷达(ISAR)可获取运动目标的高分辨率二维图像，与光学设备相比，ISAR 具有全天时、全天候、强穿透的优势，已经成为空间目标识别的重要探测设备，在空间目标 监视、导弹防御、雷达天文学等领域获得广泛应用。目前，对于完整雷达回波信号(或称全 孔径信号)，传统ISAR成像方法已经可以获取运动目标的高分辨图像，但是对于稀疏孔径信 号，传统方法基本失效，仍然缺乏有效成像手段。

在ISAR系统中，许多因素将导致稀疏孔径信号产生，如环境噪声、接收机噪声导致部 分雷达回波信噪比低，无法满足成像条件；强对抗条件下，有源、无源干扰等导致部分回波 失效，脉冲呈现非均匀采样的形式，形成稀疏孔径。另外，广泛应用的多功能雷达的工作模 式也将产生稀疏孔径信号，一般而言，多功能雷达为满足多目标探测、跟踪、成像与识别的 功能需求，必须将有限的雷达发射能量在不同目标间来回切换，导致照射同一目标的信号稀 疏且非均匀，从而形成稀疏孔径信号。稀疏孔径严重影响传统ISAR成像方法性能，一方面， 非均匀采样导致传统基于快速傅里叶变换(FFT)的距离-多普勒(RD)ISAR成像方法受到 较强旁瓣、栅瓣的影响，图像分辨率降低；另一方面，稀疏孔径条件下，雷达回波脉冲之间 的相干性降低，导致传统ISAR自聚焦方法失效，无法有效补偿目标平动引起的初相误差， 导致ISAR图像散焦。随着压缩感知技术的发展，目前已有方法将压缩感知技术引入ISAR成 像，充分利用ISAR图像的稀疏性，通过稀疏恢复算法，从欠采样雷达回波中重构了聚焦良 好的ISAR图像。但目前已有稀疏孔径ISAR成像方法均面临运算效率低的问题，无法适应实 时ISAR成像系统的需求，运算效率已经成为制约稀疏孔径ISAR成像技术工程应用的瓶颈， 亟待解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是稀疏孔径条件下，传统RD ISAR成像方法性能下降，ISAR 图像质量降低，而基于压缩感知技术的ISAR成像方法虽然能获取高质量ISAR图像，但运算 效率低，难以满足工程实际需求。

本发明的思路是针对稀疏孔径ISAR成像方法运算效率低的问题，提出了一种基于ADMM的快速稀疏孔径ISAR自聚焦与成像方法。该方法对稀疏孔径雷达回波进行一般化建模，通过l₁范数正则化约束实现对ISAR图像的稀疏特性建模，在此基础上，利用ADMM方 法求解基于l₁范数正则化约束的寻优问题。为提升该方法的运算效率，充分利用傅里叶矩阵、相位误差矩阵与降采样矩阵的特性，将迭代过程中运算效率较低的矩阵求逆转换为矩阵元素 除法，并采用二维批处理方式避免了沿距离单元方向的迭代求解，进一步提升了运算效率。 最后在迭代过程中，基于最小熵准则估计雷达回波中的初相误差，联合实现了稀疏孔径ISAR 自聚焦。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于ADMM的快速稀疏孔径ISAR自 聚焦与成像方法，包括以下步骤(为方便简洁，统一规定：矩阵或向量用粗体字母表示，对 任意向量a，a_i表示a的第i个元素，对任意矩阵A，A_i,j表示A的第(i,j)个元素)：

S1对稀疏孔径雷达回波进行建模：