基于压缩感知理论的稀疏孔径ISAR成像

在基于压缩感知理论的逆合成孔径雷达成像过程中,利用正交匹配追踪算法进行信号重构时存在重构精度较低、运算速度较慢的缺点,针对上述问题,提出了一种利用改进正交匹配追踪算法进行信号重构的稀疏孔径高分辨成像方法。首先,构造数据选择矩阵作为测量矩阵模拟回波缺失情况,然后利用稀疏基矩阵对回波信号进行稀疏表示,最后采取一种改进正交匹配追踪算法进行图像重构,相比于正交匹配追踪算法同时提高了运算速度和成像质量。通过仿真实验,在稀疏孔径数据随机缺失的情况下,改变数据缺失率,将该算法与距离-多普勒算法和正交匹配追踪算法的成像结果进行对比,验证了该算法的有效性和优越性。     

基于压缩感知的单比特合成孔径雷达成像算法*

在合成孔径雷达系统中,要提高分辨率就意味着产生大量的回波数据,从而加重了数模转换器和存 储设备的负担。压缩感知理论的目的是在保证恢复稀疏信号的前提下降低采样率,而本文的目的是降低总的比特 率。本文提出了一种基于压缩感知的单比特合成孔径雷达成像算法,并通过仿真实验验证了该算法的性能。与匹 配滤波算法相比,该算法不仅能减少数据的总比特率,而且还能有效抑制目标的旁瓣和虚假目标。并且在低信噪比 条件下,该算法比传统的多比特压缩感知算法展现出更强的鲁棒性。     

基于压缩感知的多光谱图像去马赛克算法

针对目前多光谱图像去马赛克算法存在计算量大、效率低的缺点,本文提出一种基于压缩感知的多光谱图像去马赛克算法。首先,分析去马赛克与压缩感知问题的等价性,建立基于压缩感知的去马赛克模型;然后,采用离散余弦变换构建压缩感知的稀疏基,将去马赛克问题转化为压缩感知的信号重构问题;最后,采用改进的光滑0范数和修正牛顿法的重构算法求解去马赛克问题,得到重构的多光谱图像。仿真实验表明,相对于基于克罗内克压缩感知和组稀疏两种算法,本文算法提高了重构的多光谱图像的峰值信噪比,能有效减少对比算法重构多光谱图像中出现的锯齿现象,改善了重构图像具有更好的视觉效果。实验结果验证了本文算法的有效性。     

基于二维压缩感知的定向遥感和变化检测

基于高斯测量矩阵的一维压缩感知测量数据不仅能很好地保持稀疏信号的能量信息, 也能够很好地继承稀疏信号的方向信息.但是在一维压缩感知模型中方向信息无法应用于稀疏信号的重构和检验.针对遥感影像中变化区域稀疏的特点提出了二维压缩感知模型.并利用能量和方向信息构建了基于二维压缩感知的稀疏信号重构算法(2DOMP).理论分析和实验结果证明, 2DOMP算法的信号重构能力更强.同时根据压缩感知恢复稀疏信号只需要很少测量数据的特性提出了定向遥感和定向变化检测的概念.     

基于压缩感知的通信信号频谱检测方法

频谱感知是无线通信网络中提高频谱利用率的关键。针对现有通信信号频谱检测方法抗噪性低的问题,文中提出一种基于压缩感知的频谱检测方法。该方法首先利用压缩感知理论对通信信号的宽频带进行稀疏采样,其次采用改进的平滑范数重构算法对信号循环谱进行重构,提高了信号循环谱的重构性能,最后在循环谱域实现频谱检测。仿真实验结果表明,改进的平滑范数重构算法对信号的重构精度优于正交匹配追踪算法,压缩感知信号频谱检测算法的抗噪性优于传统能量检测算法。     

逆合成孔径激光雷达鸟类目标压缩感知识别方法

鸟类目标的实时探测与准确识别具有重要意义。提出一种基于压缩感知的逆合成孔径激光雷达鸟类目标探测、成像与识别方法。该方法先利用光外差手段和压缩感知采样来大幅降低鸟类目标逆合成孔径激光雷达回波信号距离向上的采样率,再利用时频分析方法来判别鸟类目标运动状态,然后利用压缩感知重构算法来获得鸟类目标高分辨二维像以及利用拟合算法来提取鸟类目标微多普勒特征。结合获得的高分辨二维像和微多普勒特征可共同进行鸟类目标的鉴别和识别。仿真结果验证了文中方法的有效性。     

基于压缩感知的鸟类目标成像稀疏合成方法

对鸟类目标进行高分辨成像是确保飞行安全的重要举措.针对现有雷达分辨率过低问题,提出了利用逆合成孔径激光雷达进行鸟类目标高分辨成像探测的构想.给出了逆合成孔径激光雷达实现鸟类成像的原理框图,以此为基础,提出了一种基于压缩感知的稀疏合成方法,该方法能以较少的有效数据获得准确的高分辨方位像.仿真结果证明了方法的有效性.     

主从模式编队卫星SAR压缩感知成像算法

为减轻主从模式编队卫星SAR对稀疏目标场景回波信号的采集与传输负担,提出了编队卫星SAR的回波信号稀疏方法。在研究编队卫星SAR回波信号特征的基础上,构建了编队卫星SAR距离向和方位向的稀疏基、测量矩阵和重构矩阵。针对主从模式编队卫星SAR与地面的数据传输特点,提出了低传输负荷下的主从模式编队卫星SAR压缩感知成像方法,并借助于正交匹配追踪算法 (Orthogonal Matching Pursuit,OMP) 对稀疏后的回波信号进行了恢复重构,获得了高质量的编队卫星SAR图像。仿真结果表明,针对稀疏目标场景,本文提出的压缩感知成像方法利用较少的回波数据便能重构出原始目标场景,实现了低负荷下的编队卫星SAR成像。      

基于改进压缩感知的宽带低压PLC系统脉冲噪声抑制算法

为解决宽带低压电力线通信(Power Line Communication,PLC)系统中脉冲噪声造成的通信性能不稳定、误比特率高的问题,针对正交频分复用的宽带低压PLC系统提出了一种改进压缩感知的脉冲噪声抑制算法,综合考虑了脉冲噪声恢复精度和时间复杂度去改进先验支撑集获取精度和压缩感知恢复步长。首先,利用改进的门限在接收端筛选出脉冲噪声的先验部分支撑集;其次,将频域的空子载波数据当作观测向量建立压缩感知方程,利用改进的稀疏度自适应匹配追踪算法恢复脉冲噪声;最后,通过减去恢复的脉冲噪声对接收信号进行抑制。仿真结果表明,与传统算法对比,所提算法具有较好的误比特率性能,并在较高信噪比时有更好的恢复性能。     

一种改进的压缩感知信号重构算法

针对支撑集未知且变化时的稀疏信号的重构问题,本文基于卡尔曼滤波思想,结合压缩感知算法,给出了一种改进的卡尔曼-压缩感知（Modified Kalman Filter Compressive Sensing,MKFCS）信号重构算法,该算法首先利用Kalman滤波获得信号残差的有效估计,然后根据残差变突情况,用改进的CS算法估计突变位置以确定信号的新的支撑集,最后用最小二乘方法重构信号,从而自适应的实现支撑集未知且变化的稀疏信号的重构。最后对所改进的通过重构精度、重构误差、稳健性等方面进行了仿真,仿真结果表明所提算法重构信号具有需要量测个数少、重构精度高、鲁棒性强等特点。      

基于空间变迹滤波旁瓣抑制与有序统计恒虚警率的舰船检测算法

由于合成孔径雷达(SAR)特殊的成像机制,导致了SAR图像上出现了旁瓣效应(SVA)。针对舰船目标检测过程中,旁瓣效应改变了强反射目标的形状导致的定位困难与定位错误问题,该文提出了一种基于空间变迹滤波与有序统计恒虚警率(OS-CFAR)的舰船检测算法。该算法将空间变迹滤波算法运用到复图像数据中,针对目标检测要求的实时性问题进行算法改进,通过全局CFAR只对潜在目标点进行旁瓣抑制而忽略对舰船检测无意义的大量背景点,在抑制旁瓣的同时减少了算法运算量。然后采用非线性的OS-CAFR算法对旁瓣抑制后的图像进行目标检测,并且采用形态学膨胀运算,弥补SVA算法可能造成的像素点幅值错误降低的问题。最后利用高分三号(GF-3)的实测数据进行验证,通过对比有无使用该文算法的结果的图像对比度与检查目标个数,体现了算法的有效性。      

基于稀疏贝叶斯方法的脉间捷变频ISAR成像技术研究

传统捷变频成像方法具有高旁瓣、低分辨率的缺点。鉴于捷变频ISAR回波信号的稀疏性,该文基于原始数据的2维压缩感知方案,在贝叶斯原理框架下,用稀疏贝叶斯算法方差成分扩张压缩方法(ExCoV)实现捷变频ISAR像的重建。贝叶斯框架下的稀疏重构算法考虑了稀疏信号的先验信息以及测量过程中的加性噪声,因而能够更好地重建目标系数。作为一种新的稀疏贝叶斯算法,ExCoV不同于稀疏贝叶斯学习(SBL)算法中赋予所有的信号元素各自的方差分量参数,ExCoV方法仅仅赋予有重要意义的信号元素不同的方差分量,并拥有比SBL方法更少的参数,克服了SBL算法参数多时效性差的缺点。仿真结果表明,该方法能克服传统捷变频成像缺点,并能够实现低信噪比条件下的2维高精度成像。     

基于压缩感知和LBG算法的SAR数据压缩与重构方法

针对如何大幅压缩SAR海量数据并获得有效的重构结果以完成SAR场景目标的高分辨成像问题,本文提出利用压缩感知（Compressed Sensing, CS）和Linde-Buzo-Gray （LBG）算法共同完成。对于SAR所接收到的回波信号,首先依据CS理论构造随机高斯噪声观测矩阵对回波信号进行降维处理,然后,利用LBG算法对CS压缩后的数据再进行压缩编码以达到进一步大幅压缩的目的。对于数据重构问题,同样分为两步:一是利用LBG算法编码的逆过程进行解码恢复,二是依据CS理论利用平滑L0（smooth L0, SL0）算法重构原始回波信号。在此基础上,再利用传统频率变标（Frequency Scaling, FS）SAR成像算法进行高分辨成像。仿真结果证明了本文方法的有效性。      

基于压缩感知的双基SAR二维高分辨成像算法

双基地合成孔径雷达(SAR)由于收发分置,具有广阔的应用前景,但常规的频域算法不仅面临距离史双根号问题,而且数据采集受Nyquist理论限制,数据量大。近年来提出的压缩感知(CS)理论指出,在一定条件下可以从很少的采样点中以很大的概率重建原始未知稀疏信号。本文将CS理论与双基地SAR模型相结合,提出一种基于CS的双基地SAR二维高分辨成像算法。该算法将二维随机降采样回波数据作为测量值,根据发射信号构造距离向测量矩阵,通过方位向多普勒相位因子构建方位向测量矩阵,利用CS恢复算法对目标进行了分维重建。仿真结果与性能分析表明,该算法在严重欠采样情况下仍能完好的重建原始目标,而且对噪声具有一定的鲁棒性和免疫性。与传统双基SAR成像算法相比,该算法具有更高的分辨率,成像结果峰值更加尖锐,峰值旁瓣比(PLSR)和积分旁瓣比(ILSR)都较低,而且采样率低、数据量少,具有一定的有效性和实用性。      

基于方差成分扩张压缩的稀疏贝叶斯ISAR成像方法

基于贝叶斯框架下的稀疏重构方法,由于考虑了稀疏信号的先验信息以及测量过程中的加性噪声,因而能够更好地重建目标系数,然而传统的稀疏贝叶斯学习(SBL)算法参数多,时效性差。该文考虑一种新的稀疏贝叶斯学习方法方差成分扩张压缩(ExCoV),其不同于SBL中赋予所有的信号元素各自的方差分量参数,ExCoV方法仅仅赋予有重要意义的信号元素不同的方差分量,并拥有比SBL方法更少的参数。基于计算机层析成像技术框架下的ISAR成像模型,该文将ExCoV方法结合压缩感知(CS)理论将其进行ISAR成像,并从适用性和成像效果等方面与常用的极坐标格式算法(PFA),卷积逆投影算法(CBPA)和传统的稀疏重构算法进行比较,点目标仿真结果表明基于ExCoV的方法得到的ISAR像具有低旁瓣,高分辨率的特点,真实数据的成像结果表明该方法是一种比SBL更有效的ISAR成像算法。     

Spatially variant apodization for image reconstruction from partialFourier data

Sidelobe artifacts are a common problem in image reconstruction from finite-extent Fourier data. Conventional shift-invariant windows reduce sidelobe artifacts only at the expense of worsened mainlobe resolution. Spatially variant apodization (SVA) was previously introduced as a means of reducing sidelobe artifacts, while preserving mainlobe resolution. Although the algorithm has been shown to be effective in synthetic aperture radar (SAR), it is heuristically motivated and it has received somewhat limited analysis. In this paper, we show that SVA is a version of minimum-variance spectral estimation (MVSE). We then present a complete development of the four types of two-dimensional SVA for image reconstruction from partial Fourier data. We provide simulation results for various real-valued and complex-valued targets and point out some of the limitations of SVA. Performance measures are presented to help further evaluate the effectiveness of SVA.     

基于光滑0范数压缩感知的多光谱图像去马赛克算法

提出了一种基于压缩感知(CS)的多光谱滤波阵列(MSFA)的多光谱图像去马赛克算法(DMA)。 首先,通过将MSFA采样得 到马赛克图像的过程等效为CS理论中的感知矩阵采样的过程,并充分利用多光谱图 像的空间和谱间 相关性,通过在三维空间傅里叶基上对多光谱图像进行稀疏表示;然后由随机MSFA模式和CS 理论构造的测量矩阵对多光谱图像进行观测投影,最后采用CS重构算法求解0范 数下的最优化问 题,从而得到多光谱图像的稀疏表示系数。给出对算法性能的评估数据和Matlab仿真 图片。实验结果证明,本文算法的峰值信噪比(PSNR)值高于克罗内克CS(KCS)和组稀疏(GS)两种算法,且有效地减少了上述两种算法中出现的模糊现 象,改善了图像的视觉效果。     

基于压缩感知的下视三维SAR成像新方法

下视3维合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)可对平台正下方目标进行3维重构,具有广阔的应用前景。为有效减少线阵天线所需阵元数,该文提出了一种基于稀疏阵列的下视3维SAR成像方法。为了抑制稀疏阵列导致的栅瓣效应,该方法结合压缩感知(Compressed Sensing, CS)理论,实现对下方3维目标的成像。分析了稀疏阵列配置对稀疏信号处理的影响以及3维成像采用稀疏信号处理的可行性。最后通过仿真实验验证了该文分析的正确性及算法的有效性。     

辐射式仿真中脉冲雷达ISAR成像等效模拟方法

脉冲雷达信号广泛用于逆合成孔径雷达(ISAR)成像。在辐射式仿真中采用脉冲雷达信号进行ISAR成像时,由于脉宽对应的传播距离远大于微波暗室的空间长度,脉冲回波会在发射信号未被完全辐射之前返回接收机,使得收发信号相互耦合,难以得到ISAR图像。该文提出基于间歇收发的脉冲雷达ISAR成像等效模拟方法,通过将脉冲信号分段发射、分段接收,得到分段稀疏的目标回波。然后,结合压缩感知与间歇收发回波,重构得到ISAR图像。根据等效模拟的实现流程,对仿真与实测数据进行分析,结果表明,该等效模拟方法所得ISAR图像与完整脉冲回波所得图像基本一致,从而验证了等效模拟方法的有效性。     

基于稀疏表示的被动毫米波L-R成像算法

在被动毫米波的图像恢复中,L-R算法是一种简单而有效的非线性方法。但当噪声不可忽略时,L-R算法难以获得较好的复原结果。自适应稀疏表示,作为一种新的信号处理方法,具有表达信号灵活的特点,能够在保持目标特征的同时有效地去除噪声。该文提出一种基于自适应稀疏表示的L-R算法。首先采用稀疏信号表示的方法进行去噪,然后使用L-R算法进行图像恢复。这种改进算法通过使用基于自适应稀疏表示的去噪算法有效地减少了噪声对L-R算法的影响。实验数据的成像结果表明:该文的改进算法提高了L-R算法的性能,可用于低信噪比的图像复原。