一种基于相变图分析的稀疏微波成像雷达性能评估方法技术

本发明专利技术提供了一种基于相变图分析的稀疏微波成像雷达性能评估方法，涉及雷达成像技术，根据稀疏微波成像雷达原理，建立以信噪比、稀疏度和采样比为坐标轴的雷达成像性能相变图；借用相变曲面刻画出稀疏微波成像雷达性能随信噪比、稀疏度和采样比的变化趋势；并利用该边界曲面将相变图划分为可重建区域和不可重建区域，从而定量分析得出稀疏微波成像雷达性能。本发明专利技术方法采用正确重建率和相对均方误差作为判别标准，大大降低了计算量，为稀疏微波成像雷达性能分析提供了一种高效评估方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达成像
，是一种适用于稀疏微波成像雷达的性能评估方法。它借用相变曲面刻画出稀疏微波成像雷达性能随信噪比、稀疏度和采样比的变化关系，并利用相变边界将相变图划分为可重建区域和不可重建区域，从而定量分析得出稀疏微波成像雷达性能。
技术介绍
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种可全天时、全天候工作的主动式高分辨率微波遥感设备。它被广泛应用于国防建设和国民经济建设的诸多领域，如高精度测绘与资源环境勘察、自然灾害监测与突发事件应对、侦察监视与预警等。随着雷达系统分辨率增高，测绘带增大·，系统数据率随之增大，系统也越来越复杂。传统微波成像技术基于雷达分辨理论和奈奎斯特采样定理，它决定了微波成像系统的规模和复杂度。奈奎斯特采样定理指出，对于有限带宽的实信号，无失真恢复信号所需的采样率不低于两倍的信号带宽，不可避免地产生大量数据。随着压缩感知(Compressed Sensing,简称CS)理论的快速发展，以及数学家在稀疏信号处理领域获得最新成果，稀疏微波成像成为了当前微波成像技术的前沿研究热点。稀疏微波成像是指将稀疏信号处理理论引入微波成像并有机结合形成的微波成像新理论、新体制和新方法，即通过寻找被观测对象的稀疏表征域，在空间、时间、频谱或极化域稀疏采样获取被观测对象的稀疏微波信号，经信号处理和信息提取，获取被观测对象的空间位置、散射特征和运动特性等几何与物理特征。稀疏微波成像雷达利用Iq(O <q^ D优化算法对目标场景进行精确重建，大大减少数据采集，降低系统复杂度，并实现高分辨率微波成像。稀疏微波成像适用于原始信号具有稀疏特征的雷达成像领域，如海洋宽幅测绘、海面舰船监控、空中目标ISAR成像等；也可以应用于雷达功率图像在变换域具有稀疏特征的观测领域，如功率图像在小波域稀疏的情况等。传统成像评估方法不再适用于稀疏微波成像雷达性能评估，有必要建立适用于稀疏微波成像雷达的性能评估体系。对
技术介绍
的了解可以参考下面四篇文章以及它们的引用文章。[1]D. L. Donoho, “Compressed sensing，，，IEEE Trans.1nform. Theory,2006，52，(4)，pp. 1289—1306.[2]E. Candes, J. Romberg, and T. Tao, “Robust uncertainty principles exact signal reconstruction from highly incomplete frequencyinformation, ”Information Theory,IEEE Transactions on, vol. 52, no. 2,pp.489-509,Feb. 2006.[3]D.L. Donoho, and J. Jin,“Feature selection by higher criticismthresholding achieves the optimal phase diagram”，Phil. Trans. Roy.Soc.A(2009)367，4449-4470.[4] D. L. Donoho, and J. Tanner, “Observed universality of phasetransitions in high-dimensional geometry, with implications for modern dataanalysis and signal processing”，Phil.Trans. Roy. Soc. A 367 (2009),4273-4293.
技术实现思路
本专利技术的目的是公开，借用物理学中相变图的概念，提出适用于稀疏微波成像的雷达系统和雷达图像性能评估方法。本专利技术采用正确重建率和相对均方误差作为判别标准，大大降低了计算量，为稀疏微波成像雷达性能分析提供了一种高效评估方法。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是，其包括步骤a)针对稀疏微波成像雷达机理，将信噪比引入分析图中建立以信噪比、稀疏度和采样比为坐标轴的雷达成像性能相变图；b)分别计算不同信噪比、稀疏度和采样比的条件下，稀疏微波成像雷达性能随这三维变量的变化趋势，绘制三维分析图；c)在满足雷达图像性能，符合观测要求的情况下，选取正确重建阈值，采用曲面拟合的方法绘制相变曲面，用相变边界衡量雷达成像性能；d)利用边界曲面将相变图划分为可重建区域和不可重建区域，比较可重建区域大小，定量分析稀疏微波成像雷达性能。所述的基于相变图分析的稀疏微波成像雷达性能评估方法，其所述a)步，雷达成像性能相变图的坐标轴中，信噪比是雷达接收端信号功率和噪声功率的比值，稀疏度是场景非零目标数K和场景总目标数N的比 值K/N ;采样比是雷达采样数M和场景总目标数N的比值M/N;以信噪比、稀疏度、采样比为轴的雷达成像相变图可划分为三个截面图，每个截面图中可重建区域和不可重建区域随信噪比、稀疏度、采样比三个参量变化。所述的基于相变图分析的稀疏微波成像雷达性能评估方法，其所述b)步，选取目标场景正确重建率作为评价标准衡量重建结果，定量分析稀疏微波成像雷达性能，包括以下步骤步骤1:将观测场景离散化之后表示成列向量的形式X = [X1 X2 …xN]τXG Rn，其中有K个非零元素。把X中所有的非零元素按先后次序组成一个新的向量为X' = [x/ X21 …χκ' ]τ ；步骤2 :利用Iq(O < q≤I)优化算法对观测场景后向散射系数的恢复，重建目标表示为$ X = [X1 X2 ··· Xn1^相应的，将重建后支撑域非零元素恢复的结果表示为X= Χχ K ··· Xk步骤3 :采用相对重建误差作为评价准则，检测支撑域第k个非零元素重建结果，表示为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相变图分析的稀疏微波成像雷达性能评估方法，其特征在于，包括步骤：a)针对稀疏微波成像雷达机理，将信噪比引入分析图中建立以信噪比、稀疏度和采样比为坐标轴的雷达成像性能相变图；b)分别计算不同信噪比、稀疏度和采样比的条件下，稀疏微波成像雷达性能随这三维变量的变化趋势，绘制三维分析图；c)在满足雷达图像性能，符合观测要求的情况下选取正确重建阈值，采用曲面拟合的方法绘制相变曲面，用相变边界衡量雷达成像性能；d)利用边界曲面将相变图划分为可重建区域和不可重建区域，比较可重建区域大小，定量分析稀疏微波成像雷达性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于相变图分析的稀疏微波成像雷达性能评估方法，其特征在于，包括步骤 a)针对稀疏微波成像雷达机理，将信噪比引入分析图中建立以信噪比、稀疏度和采样比为坐标轴的雷达成像性能相变图； b)分别计算不同信噪比、稀疏度和采样比的条件下，稀疏微波成像雷达性能随这三维变量的变化趋势，绘制三维分析图； c)在满足雷达图像性能，符合观测要求的情况下选取正确重建阈值，采用曲面拟合的方法绘制相变曲面，用相变边界衡量雷达成像性能； d)利用边界曲面将相变图划分为可重建区域和不可重建区域，比较可重建区域大小，定量分析稀疏微波成像雷达性能。2.根据权利要求1所述的基于相变图分析的稀疏微波成像雷达性能评估方法，其特征在于，所述a)步，雷达成像性能相变图的坐标轴中，信噪比是雷达接收端信号功率和噪声功率的比值，稀疏度是场景非零目标数K和场景总目标数N的比值K/N ;采样比是雷达采样数M和场景总目标数N的比值M/N ；以信噪比、稀疏度、采样比为轴的雷达成像相变图划分为三个截面图，截面图中可重建区域和不可重建区域随信噪比、稀疏度、采样比三个参量变化。3.根据权利要求1所述的基于相变图分析的稀疏微波成...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪文，张冰尘，吴一戎，田野，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：