基於自適應的壓縮感知雷達高分辨成像技術研究

《基於自適應的壓縮感知雷達高分辨成像技術研究》是依託南京理工大學，由李洪濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於自適應的壓縮感知雷達高分辨成像技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李洪濤
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

常規壓縮感知雷達(CSR) 採用由信號的非自適應隨機投影測量矩陣與時延-頻移超完備基（OTFB）矩陣組成的感知矩陣，由於該感知矩陣與目標場景信息存在一定的失配，且對於目標場景信息的變化沒有自適應能力，導致目標參數估計精度下降甚至出現估計錯誤。本項目根據從回波信號中得到的目標場景信息自適應最佳化感知矩陣，研究基於自適應的壓縮感知雷達高分辨成像技術。首先分析感知矩陣失配的機理，構建感知矩陣失配下稀疏感知模型；其次進行基於波形設計的感知矩陣非相干性與干擾噪聲抑制聯合最佳化的研究；最後根據感知矩陣與目標場景信息的匹配關係，提出基於感知矩陣自適應最佳化的高分辨成像技術，研究有效克服感知矩陣失配下的CSR高分辨成像方法。本項目可使感知矩陣對目標場景信息自適應匹配，有效提高了雷達高分辨成像的精確度和穩健性，為該領域的科學研究提供更多的理論與技術支持。

結題摘要

針對壓縮感知雷達(CSR)感知矩陣與目標場景信息失配造成目標參數估計精度下降甚至出現估計錯誤的問題。本項目從感知矩陣構建、波形設計、矩陣填充等幾個方面進行了研究，提出了通過感知矩陣以及波形的最佳化來提高目標參數估計性能的方法，主要研究內容包括下面幾個方面： （1）提出一種感知矩陣平均相干係數與信乾噪比聯合最佳化的波形設計方法。首先建立了CSR距離-都卜勒二維參數感知模型，推導了波形聯合最佳化設計的目標函式；其次以多相編碼信號作為最佳化碼型並採用模擬退火算法對目標函式進行最佳化求解。與傳統CSR波形相比，最佳化設計的波形提高了CSR在低信乾噪比條件下的成功檢測機率，同時有效降低了目標距離-都卜勒參數估計誤差，由此改善了CSR在干擾噪聲背景下的距離-都卜勒成像質量。 （2）針對調頻步進壓縮感知雷達（FSCS-CSR）的運動目標高分辨成像方法進行了研究，提出一種穩健的目標一維距離像合成方法。首先，建立了基於調頻步進信號的稀疏感知模型；其次，為降低採用壓縮感知方法進行一維距離像合成的運算複雜度，對相鄰脈衝組回波混頻後的信號進行FFT獲得目標速度的預估計，動態構造了降維的感知矩陣；再次，針對壓縮感知雷達中高分辨距離像合成中存在的失配問題，提出一種RSL0算法和LASSO算法相結合的距離像合成方法，疊代最佳化出強散射中心復幅度和散射點分辨單元位置的精確估計；最後，討論了調頻步進信號的頻率編碼方式對目標參數估計的影響，進一步改善了調頻步進壓縮感知雷達參數估計的性能。（3）提出一種基於奇異值閾值的空間譜估計算法，然後對該算法進行改進並提出一種基於不動點疊代的多項式求根算法，基於奇異值閾值的空間譜估計算法構建了符合矩陣填充理論要求的稀疏陣列，並建立 DOA 估計的矩陣填充信號模型，然後通過 SVT 算法將稀疏陣列信號恢復為完整信號，最後利用 MUSIC 算法恢覆信號估計二維波達方向。在基於奇異值閾值的空間譜估計算法的基礎上進行改進並給出了多項式求根算法，該算法通過稀疏陣列接收信號獲得完整陣列接收信號矩陣的左右奇異值向量，並利用左右奇異值向量構建信號子空間，然後通過對多項式求根來估計二維波達方向。