[发明专利]基于块稀疏迭代阈值处理的单比特合成孔径雷达成像方法

摘要

本发明涉及一种基于块稀疏迭代阈值处理的单比特合成孔径雷达成像方法，属于雷达成像技术领域。本发明的单比特雷达成像方法中，同时开发了实部和虚部之间的联合稀疏性以及图像内部的成簇特性。相比于已有的其他方法，本发明的成像结果中背景更加清晰，杂点更少，目标区域的像素更加集中，成像质量更高。

主权项

1.一种基于块稀疏迭代阈值处理的单比特合成孔径雷达成像方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将单比特合成孔径雷达所处理的待成像区域划分为P个像素，单比特合成孔径雷达有M个天线和L个频点，L个频点分别记为{f1,…,fl,…,fL}，单比特合成孔径雷达在第m个天线的第l个频点处接收待成像区域的回波信号ym,l：ym,l＝∑iθiexp(‑j2πflτi,m)其中，i是像素的编号，θi表示待成像区域中像素i处的复散射强度，τi,m表示单比特合成孔径雷达的电磁波从第m个天线到第i个像素处的双程时间，将上式写为向量相乘的形式的回波信号y：y＝Φθ+w,，其中，Φ为矩阵，矩阵Φ中的元素为：Φ(l+(m‑1)L,i)＝exp(‑j2πflτi,m)，假设θ中非零元素的个数即稀疏度为K，对上述回波信号y_m,l进行单比特量化，得到单比特回波信号其中，y为回波信号，sign是符号函数，所给数据为正，则sign输出为1，所给数据为负，则输为出‑1，Re是取实部函数，Im是取虚部函数，得到单比特回波数据的表达式如下：其中：为对基信号矩阵Φ进行取实部虚部操作得到基信号，为待成像区域复散射系数的实虚部，以下简称为待成像区域复散射系数；(2)利用单比特块稀疏阈值迭代方法，根据上述步骤(1)的和单比特回波数据的表达式，求解得到待成像区域的复散射系数具体过程如下：(2‑1)向单比特块稀疏阈值迭代方法输入上述步骤(1)中的单比特回波数据基信号矩阵和稀疏度K；(2‑2)设单比特块稀疏阈值迭代的迭代步长为μ、迭代精度为ε，迭代次数为t，设定最大迭代次数为tmax；(2‑3)初始化时，设为一个2P×1的零向量，的上标表示迭代次数，其中P为待成像区域的像素数量，设置t＝0；(2‑4)进行以下迭代：a：t＝t+1b：引入一个次梯度下降后的中间变量a，其中sign是符号函数，若所给数据为正，则sign输出为1，若所给数据为负，则输为出‑1，μ为迭代步长；c：计算将计算值从大到小依次排序，将从最大值开始的第K个值设置为σ，引入正则化参数参数λ，λ＝0.4σ²，σ为分离参数；d：利用双层次块稀疏优化方法，对上述步骤(2‑4)b得到的中间变量a进行优化处理，具体过程如下：(d‑1)向双层次块稀疏优化方法中输入上述步骤(2‑4)b的中间变量a和稀疏度K；(d‑2)记双层次块稀疏优化的迭代精度为迭代步长为迭代次数为设定最大迭代次数(d‑3)初始化时，设置(d‑4)利用块坐标优化方法，进行以下迭代：(d‑4‑1)引入块坐标优化的中间变量b和(d‑4‑2)利用梯度下降方法，对上述步骤(2‑4)b得到的中间变量a进行梯度下降计算，以得到包括以下步骤：(d‑4‑2‑1)记梯度下降的迭代次数为设置梯度下降的最大迭代次数设置其中，j＝1,2,3,…,2P，为迭代步长，F是一个自变量为的函数，导数的计算方法如下：将j和P进行比较：若j≤P时，则导数若2P≥j＞P，则导数其中，x为一个维度为2P×1的复数向量，表述复数域，x_j表示向量x中的第j个复数，N_j表示j的邻域，对于函数g(w)，定义为上标*表示共轭操作，σ为分离参数；(d‑4‑2‑5)对上述梯度下降的迭代次数进行判断，若则返回上述步骤(d‑4‑2‑2)，若则输出(d‑4‑3)根据j的取值，计算计算方法如下：将j和P进行比较：若j≤P，则若2P≥j＞P，则其中，参数ρ是对从大到小排序后的第K个值；(d‑4‑4)对块坐标下降的迭代次数和迭代精度进行判断，若或者则停止迭代，输出若且则返回步骤(d‑4‑1)；e：对单比特块稀疏迭代阈值的迭代次数t和迭代精度进行判断，若t≥t_max或者则停止迭代，输出若t＜t_max且则返回步骤(2‑4)a，其中输出的即为待成像区域的复散射强度，根据该待成像区域的复散射强度得到单比特合成孔径雷达成像的结果。