《基於稀疏觀測的雷達目標三維重構技術》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由周劍雄擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於稀疏觀測的雷達目標三維重構技術
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周劍雄
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
雷達成像技術通常用來獲得目標的一維像和二維像，它們只能反映目標三維散射結構在視線方向或成像平面上的投影，存在信息不完整、姿態敏感性強等問題。而雷達三維成像依賴于波數域體支撐集中的稠密採樣和波數域-圖像域的傅立葉變換關係，數據量和計算量都很大，實現困難。實際上，除了三維雷達圖像，人造目標的三維散射特性還可以用參數化模型描述，而且模型參數的數量遠小於圖像像素單元的數量。因此，對於稀疏觀測數據，可以在模型約束下通過參數估計或稀疏信號恢復等方法重構目標的三維散射信息。本課題針對散射特性測量和非合作目標特徵提取兩種套用，研究基於稀疏觀測的雷達目標三維重構技術，研究內容包括：基於稀疏觀測的重構性能分析；基於波數域體支撐集稀疏採樣的散射模型參數估計方法和三維雷達圖像恢複方法、基於目標三維轉動形成的曲線孔徑觀測數據的三維重構方法等。研究成果可為散射特性分析、特徵提取、目標識別等套用提供技術支持。
結題摘要
雷達目標的三維圖像與目標的形狀結構有直接的對應關係，含有豐富的目標特徵信息，在散射特性分析、圖像理解、目標識別等套用中有重要意義，但三維成像所要求的波數域體支撐集稠密採樣使得成像數據獲取難度很大。本課題基於準光學區雷達目標散射特性的三維稀疏表示模型，研究基於波數域稀疏觀測的雷達目標三維重構技術。主要研究內容和取得的成果如下。（1）針對暗室測量、電磁計算等轉台三維數據獲取條件，深入研究了基於壓縮感知原理的三維雷達圖像重構問題。通過統計實驗分析了觀測稀疏度、採樣方式等對重構性能的影響，結果表明相同的觀測稀疏度下，非均勻格線化稀疏採樣方式重構性能略低於三維隨機稀疏採樣方式，但實際套用中的可實現性更好。針對三維詞典規模大的問題，提出張量壓縮感知三維雷達圖像重構算法，記憶體消耗量由o(N6)降低到o(N2)，運算量由o(N6)降低到o(N4)，大大提高了大尺寸目標三維重構的可實現性；證明了張量最佳化問題與向量最佳化問題解的等價性；採用暗室測量數據驗證了算法的有效性。（2）針對外場目標特性數據獲取條件，開展了單一俯仰角、稠密方位角觀測下的三維散射模型重構問題研究。提出了基於子孔徑劃分和二維投影點估計的三維散射中心模型重構算法。對算法中的誤差傳遞關係進行了理論分析，揭示了方位孔徑大小、俯仰角、二維投影點位置精度等因素對三維散射中心位置估計的影響規律。採用電磁計算數據對算法和性能分析的結論進行了驗證。結果表明，重構的散射中心模型能揭示目標主要散射源的散射機理，可用於目標特性的精細分析；重構的散射中心模型能恢復並外推其他俯仰角下的雷達圖像，外推性能優於基於雷達圖像的俯仰角外推性能。這一特點可用於提高SAR識別算法的俯仰角適應性。（3）針對高分辨雷達對非合作機動目標觀測場景，研究了基於視角未知的曲線孔徑的三維散射中心位置重構問題。分析了不同孔徑大小、孔徑形式下投影方程解的模糊性；提出了小轉角下基於相位歷程矩陣奇異值分解的散射中心位置重構算法，該算法能在二維轉動情形下校正非均勻轉動引起的圖像散焦，在三維轉動情形下獲得目標的三維散射中心位置估計，採用電磁計算數據和外場實測飛機目標數據進行了驗證。該方法能提高寬頻雷達對機動目標的特徵提取能力，在非合作目標標識別中有較好的套用前景。
