[发明专利]基于离网变分贝叶斯算法的ISAR稀疏频带成像方法

说明书

本发明公开了一种基于离网变分贝叶斯算法的ISAR稀疏频带成像方法，本发明的实现步骤是：(1)生成观测数据矩阵；(2)生成基字典矩阵及校正字典矩阵；(3)利用离网变分贝叶斯算法，计算每个方位单元的全频带回波向量；(4)二维高分辨成像。本发明基于压缩感知理论实现逆合成孔径雷达ISAR成像，克服了现有技术通过数值优化方法对字典矩阵估计误差较大及通过单个字典计算得到的全频带回波向量不准确的问题，可用于逆合成孔径雷达工作在信噪比低的复杂电磁环境下，并且获得的目标回波为稀疏频带回波时实现对空间与空中非合作目标的精确二维成像。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域中的一种基于离网变分贝叶斯算法的逆合成孔径雷达ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)稀疏频带成像方法。本发明可在逆合成孔径雷达工作在信噪比低的复杂电磁环境下，获得的目标回波为稀疏频带回波时，实现对空间与空中非合作目标的精确二维成像。

背景技术

由于具有全天时、全天候、高分辨率和远距离等特点，逆合成孔径雷达ISAR在航空与航天目标观测中发挥着重要作用。当采用超宽带雷达获得高分辨逆合成孔径雷达ISAR像时，由于它对硬件系统的要求较高，需要很高的成本。此外，当逆合成孔径雷达ISAR对远距离小目标进行探测时，回波信噪比较低，从而很难得到高质量成像结果。因此在稀疏频带且信噪比低的复杂电磁环境下实现空间目标高质量、高分辨成像是提高现有雷达对空间、空中目标探测与监视能力的关键技术。

西北工业大学在其申请的发明专利文献“机动目标压缩感知逆合成孔径雷达ISAR成像方法”(专利申请号：201210347782.7，申请公开号：CN102841350A)中公开了一种机动目标压缩感知逆合成孔径雷达ISAR成像方法。该方法的具体步骤为：对回波数据进行距离压缩、运动补偿及徙动校正得到复矩阵，生成高斯随机矩阵对复矩阵做降维观测；再对降维观测后的复矩阵的每一列求解1范数凸优化方程，得到每一时刻的逆合成孔径雷达ISAR成像结果；遍历各个成像时刻，实现对机动目标各时段的逆合成孔径雷达ISAR成像。该方法存在的不足之处是：由于该方法基于求解1范数凸优化方程得到每一时刻的逆合成孔径雷达ISAR成像字典矩阵，导致字典矩阵估计误差较大，在回波缺损及低信噪比情况下容易产生虚假点，因此无法获得聚焦良好的二维逆合成孔径雷达ISAR像。

吴称光，邓彬，苏伍各，王洪强，秦玉亮在其发表的论文“基于块稀疏贝叶斯模型的ISAR成像方法”(电子与信息学报2015,37(12)：2941-2947)中提出了一种基于块稀疏贝叶斯模型的逆合成孔径雷达ISAR成像方法。该方法基于稀疏信号表示理论，将逆合成孔径雷达ISAR高分辨成像问题转化为稀疏信号表示问题，并假设散射点均位于单个字典的网格中心，利用变分推断算法求解权向量，最后，利用单个字典计算全频带回波向量，最终实现目标逆合成孔径雷达ISAR成像。该方法存在的不足之处是：由于该方法假设散射点位于字典的网格中心上，但实际情况中，无论网格划分多么精细，都会出现散射点偏离网格的情况，当散射点偏离网格时该方法无法准确计算全频带回波向量，导致无法获得聚焦良好的逆合成孔径雷达ISAR像。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中参数估计误差较大，低信噪比及散射点偏离网格的条件下无法准确计算全频带回波向量等局限，提出一种基于离网变分贝叶斯算法的稀疏频带高分辨成像方法，以实现在低信噪比与目标回波为稀疏频带回波情况下对空间与空中非合作目标的精确二维成像。

实现本发明目的的思路是：基于压缩感知理论，将逆合成孔径雷达ISAR超分辨成像问题转化为稀疏表述问题，采用离网变分贝叶斯学习算法，计算每个方位单元的全频带回波向量，最终实现逆合成孔径雷达ISAR目标的高分辨二维成像。

本发明的具体步骤如下：

(1)生成观测数据矩阵：