[发明专利]一种基于两步加速的稀疏超分辨成像方法

说明书

本发明公开了一种基于两步加速的稀疏超分辨成像方法，包括以下步骤：S1、建立机载雷达方位回波类卷积信号模型；S2、构造子空间嵌入基矩阵；S3、重构卷积信号模型；S4、添加L₁稀疏约束构建目标函数；S5、采用迭代加权最小二乘的方法求解目标函数，获取迭代公式；S6、采用基于矢量外推的方法加速求解迭代公式；S7、采用两步加速的方法得到稀疏超分辨成像。本发明通过子空间嵌入技术减少单次迭代的运算量，用矢量外推技术减少方法的迭代次数，用两步加速策略显著地提升了成像效率。相对于传统的稀疏超分辨方法，本发明方法可显著地增强成像的实时性能。

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，特别涉及一种基于两步加速的稀疏超分辨成像方法。

背景技术

机载雷达前视超分辨成像是实现对地搜索、自主着陆、地形测绘等的重要技术。传统的单站SAR和DBS技术利用多普勒频率信息实现成像，但在前视区域，其方位信息对称和多普勒频率梯度变化小，无法实现前视区域的成像。实孔径扫描雷达适用于任意的几何构型，可实现前视区域成像。然而受到波束宽度的限制，方位向的低分辨率限制了该技术在实际中的应用。因此，通过信号处理技术突破实孔径扫描雷达方位分辨率固有限制，实现机载雷达前视超分辨成像的技术被研究者们广泛研究。

在文献“Yang Wu,Yin Zhang,Yulin Huang and Jianyu Yang.“Fastdeconvolution method for angularsuper-resolution imaging based on subspaceembedding.The Journal of Engineering,pp.6291-6294,2019”中，利用了子空间嵌入技术减少了卷积矩阵的冗余度，提高了计算效率。但是该方法直接采用最小二乘的方法，缺少目标的稀疏先验，方位分辨率的提高有限。为了进一步提高前视成像的方位分辨率。在文献“Qiping Zhang,Yin Zhang,Yulin Huang,Yongchao Zhang,Wenchao Li and JianyuYang,“Sparse with fast mm superresolution algorithm for radar forward-lookingimaging,”,vol.7,pp.105247–105257,Aug.2019.”中，利用了目标的稀疏特性，并将矢量外推技术应用于求解过程中，在显著提高方位角度分辨率的同时，减少收敛所需要的迭代次数。但该方法每一次迭代中均涉及复杂的矩阵乘法和矩阵求逆运算，单次迭代的运算量较大，导致其实时性能仍有损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过子空间嵌入技术减少单次迭代的运算量，用矢量外推技术减少方法的迭代次数，用两步加速策略显著地提升了成像效率，可显著地增强成像的实时性能基于两步加速的稀疏超分辨成像方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于两步加速的稀疏超分辨成像方法，包括以下步骤：

S1、建立机载雷达方位回波类卷积信号模型；

S2、构造子空间嵌入基矩阵；

S3、重构卷积信号模型；

S4、添加L₁稀疏约束构建目标函数；

S5、采用迭代加权最小二乘的方法求解目标函数，获取迭代公式；

S6、采用基于矢量外推的方法加速求解迭代公式；

S7、采用两步加速的方法得到稀疏超分辨成像。

进一步地，所述步骤S1具体实现方法为：载机平台的飞行高度为H，运动沿Y轴方向，速度为V，θ₀表示目标空间方位角，雷达波束以速度w对成像场景进行扫描，飞机初始时刻与目标之间的距离为R₀，设空间中有一点目标P，在起始时刻，载机平台与目标的瞬时距离为：