[发明专利]基于时频字典的微动目标缺损回波高分辨成像方法

摘要

本发明公开了一种基于时频字典的微动目标缺损回波高分辨成像方法，主要解决现有技术难以对复杂微动的目标以及数据缺损的目标进行高分辨成像的问题。其实现方案是首先对逆合成孔径雷达接收到的微动目标缺损回波数据，进行距离压缩处理；然后，产生回波的短时傅里叶变换矩阵；随后，运用修正的增广拉格朗日算法计算每个距离单元缺损回波信号的时间‑瞬时多普勒分布；最后，将所有距离单元的时间‑瞬时多普勒分布堆叠为三维矩阵，并选取不同时刻的二维矩阵生成目标的距离‑瞬时多普勒图像序列。本发明能在较低的运算负担下获得聚焦良好的成像结果，可用于目标识别和雷达目标检测。

主权项

基于时频字典的微动目标缺损回波高分辨成像方法，包括：(1)通过逆合成孔径雷达录取微动目标的缺损回波信号S0，并对该微动目标缺损回波数据S0进行距离压缩，得到距离压缩后的回波信号S；(2)随机生成短时傅里叶变换矩阵W，并计算该W的伪逆矩阵(2a)以e‑j2π(k‑1)(n‑1)/N为元素生成离散傅里叶变换矩阵F，其中k为行序号，范围为1到N，n为列序号，范围为1到N，其中N为目标回波脉冲数；(2b)选取时刻l，保留离散傅里叶变换矩阵F第l到第l+h列的元素，且将其他元素置零，得到l时刻的短时傅里叶变换矩阵Wl，其中h＝N/4为短时傅里叶变换的窗长；(2c)令时刻l从1到N‑h变化，重复执行步骤(2b)，将所有时刻的短时傅里叶变换矩阵Wl堆叠起来，获得短时傅里叶变换矩阵W；(3)随机产生单位对角阵T0，根据T0产生数据缺损矩阵T；(4)计算每个距离单元的目标缺损回波信号的时间‑瞬时多普勒分布：(4a)根据数据缺损矩阵T和伪逆矩阵G，计算缺损回波的逆短时傅里叶变换矩阵G1＝TG；(4b)设分裂变量u＝v‑d，其中d为辅助向量，v为采用变量分裂法从时间‑瞬时多普勒像f中分离出的变量；令距离单元的第一个序号m＝1；(4c)从距离压缩后的回波信号S中取第m个距离单元对应的向量sm，设迭代步数k的初值为k＝0，正则化系数λ＝0.03，辅助系数μ＝0.2；设辅助向量d的初值d0为全零向量，时间‑瞬时多普勒像的初值f0＝G1sm，其中，G1为缺损回波的逆短时傅里叶变换矩阵；(4d)按照下式求分裂变量u的第k次迭代结果uk：uk=soft(fk+dk,λμ)-dk]]>其中，fk为时间‑瞬时多普勒像f的第k次迭代结果，dk为辅助向量d的第k次迭代结果，soft为收缩函数，fk+dk为求和向量，为正则化系数与辅助系数的比值；当fk+dk的对应元素大于时，则收缩函数soft取fk+dk对应元素值，否则取零；(4e)按照下式求辅助向量d的第k+1次迭代结果dk+1：dk+1=G1H(sm-G1uk)/c]]>其中，为缺损回波的逆短时傅里叶变换矩阵G1的共轭转置矩阵，c为系数向量，当sm对应元素缺损时，系数向量c对应元素为1+μ，当sm对应元素已知时，系数向量c对应元素为μ；(4f)按照下式求时间‑瞬时多普勒像f的第k+1次迭代结果fk+1：fk+1＝uk+dk+1；(4g)设定门限值ε＝10‑3，按照下式判定是否满足停止条件：||fk+1-fk||22||fk||22<ϵ]]>若满足该条件时，则停止迭代，并将向量fk+1按列重排为时间‑瞬时多普勒矩阵，执行步骤(4h)；若不满足该条件时，更新迭代步数k＝k+1，并返回步骤(4d)；(4h)更新距离单元序号m＝m+1，当更新后的距离单元序号大于距离单元数量M时，则停止对距离单元的搜索，获得所有距离单元对应的时间‑瞬时多普勒矩阵，执行步骤(5)；否则，返回步骤(4c)；(5)将所有距离单元回波对应的时间‑瞬时多普勒矩阵堆叠为三维矩阵，并从三维矩阵中抽取不同时刻的二维矩阵生成目标的距离‑瞬时多普勒图像序列。