本发明专利技术公开了一种基于稀疏阵列的微波关联成像系统与成像方法，主要解决现有技术在雷达天线与目标没有非径向相对运动时成像效果差，分辨率低的问题。该系统包括：发射天线(1)、目标(2)、接收机(3)和信号处理器(5)，发射天线(1)由稀布阵列天线构成，各阵元发射不同的微波编码信号在空间非相干叠加形成微波辐射场，通过该微波辐射场对目标(2)进行照射产生目标散射回波，存储目标(2)表面的微波辐射场(4)，接收机(3)采用单天线、单通道接收目标散射回波；接收机(3)接收到的目标散射回波和预存的微波辐射场(4)通过信号处理器(5)处理，得到目标的成像。本发明专利技术能够在雷达天线与目标没有非径向相对运动时，实现对目标的无模糊、超分辨成像，可用于机载前视雷达、球载雷达对目标的超分辨成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达
，涉及微波关联成像系统与成像方法，可用于稀布阵列天线构造、信号的采集处理和最优化算法应用。
技术介绍
利用纠缠光子对实现量子关联成像的方案是苏联学者David NikolaevichKlyshko于1988年首次在理论上提出的。美国马里兰大学的史砚华、T.B.Pittman等人于1995年利用自发参量下转换SPDC过程产生的纠缠光子对，结合符合测量技术，实现了一种量子关联成像和干涉现象。2004年，意大利的Lugiato小组从理论上提出了利用普通经典热光源也可以实现关联成像。2005年，史砚华小组使用激光入射毛玻璃产生的赝热光完成了第一个热光源的关联成像实验。2006年，史砚华小组首次实现了无透镜的关联成像。2011史砚华小组实现了利用日光照射源的关联成像试验。与纠缠源关联成像相比，热光源关联成像发射源产生简单，信号稳定度高，更容易在实际工程中应用。基于稀疏约束和冗余表象的数据采集和信号重构理论是近30年发展起来的不同与经典香农信息论的全新信息理论，已在压缩感知CS等领域显示出巨大的应用潜力。D.Donoho,E.Candes和Terence Tao等多位著名学者的大量工作已经从数学上严格证明了在远低于奈奎斯特采样极限的情况下，使用压缩感知采样可以高概率重构目标信息。压缩感知采样要求目标具有稀疏特性或者目标在某些表象下具有稀疏特性，并且其探测矩阵需要满足受限等距特性RIP。在真实成像中，稀疏特性是比较容易满足的，而高斯随机矩阵、伯努利随机矩阵以及托普利兹随机矩阵等均已被证明满足受限等距特性RIP条件。目前，压缩感知理论正在向包括医学成像、信道编码、人脸识别、通信、超光谱成像、雷达和生命科学等领域发展并获得了许多研究成果。 如上所述，量子关联成像从最初使用纠缠光源，后来用赝热光源、日光源实现，说明不具备量子特性的经典信号源实现关联成像是可行的。但由于光信号穿透力弱，容易受到大气等自然环境影响，很难实现全天时全天候成像，而在雷达系统中，使用微波信号作为发射信号，可以实现全天时全天候成像；在收集和处理方面，微波信号有成熟的采集和处理芯片，比纠缠光源和赝热光源系统更容易构建；采用微波信号实现关联成像的关键是实现能模拟光场的空时随机涨落的微波场，现有方法是在构建大型传统面天线的基础上，辐射高斯随机信号来实现空时随机涨落的微波辐射场，系统复杂度很高。压缩感知理论作为近些年提出的全新的信息理论，在许多领域都显示出巨大的应用潜力，但其在微波关联成像领域的应用研究还比较少。现有技术在雷达天线与目标没有非径向相对运动时，成像效果差，分辨率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于稀疏阵列的微波关联成像系统及成像方法，将关联成像理论从光学拓展到微波领域并利用压缩感知理论解决相应的问题，提高成像效果和分辨率。为实现上述目的，本专利技术基于稀疏阵列的微波关联成像系统，包括:发射天线1、目标2、接收机3和信号处理器5，利用发射天线I产生的微波辐射场对目标2进行照射产生目标的散射回波，存储目标2表面相应的微波辐射场4，接收机3接收目标的散射回波，接收机3接收到的目标散射回波和预存的微波辐射场4通过信号处理器5处理，得到目标的成像，其特征在于:所述发射天线1，采用由多个阵元稀疏排布构成的稀布阵列天线，各阵元发射不同的微波编码信号在空间非相干叠加形成微波福射场，该微波福射场具有赝热光福射场的空时随机波动特性；所述接收机3，采用单天线、单通道模式。作为优选，本专利技术基于稀疏阵列的微波关联成像系统，其特征在于，发射天线I相邻两阵元间距d满足 />|，其中λ是信号的波长；作为优选，本专利技术基于稀疏阵列的微波关联成像系统，其特征在于，发射天线I产生的微波辐射场对目标2的照射次数M远小于目标2的分辨单元总数N，其中N = PXQ，P为目标2的横向分辨单元数，Q为目标2的纵向分辨单元数。为实现上述目的，本专利技术基于稀疏阵列的微波关联成像方法，包括如下步骤:I)获取目标的福射场矩阵Φ和散射回波向量y ；2)根据目标在空间的分布特征选择稀疏基矩阵Ψ ；3)将辐射场矩阵Φ与所选稀疏基矩阵Ψ相乘，得到测量矩阵O = ΦΨ ;4)通过散射回波向量公式y= Θ α + ε，其中ε为高斯白噪声向量，求解下式得到稀疏系数向量α:权利要求1.一种基于稀疏阵列的微波关联成像系统，包括:发射天线(I)、目标(2)、接收机(3)和信号处理器(5)，利用发射天线(I)产生的微波辐射场对目标(2)进行照射产生目标散射回波，存储目标(2)表面的微波辐射场(4)，接收机(3)接收目标散射回波，接收机(3)接收到的目标散射回波和预存的微波辐射场(4)通过信号处理器(5)处理，得到目标的成像，其特征在于: 所述发射天线(I)，采用由多个阵元稀疏排布构成的稀布阵列天线，各阵元发射不同的微波编码信号在空间非相干叠加形成微波福射场，该微波福射场具有赝热光福射场的空时随机波动特性； 所述接收机(3)，采用单天线、单通道模式。2.如权利要求1所述的基于稀疏阵列的微波关联成像系统，其特征在于，发射天线(I)相邻两阵元间距d满足其中λ是信号的波长。3.如权利要求1所述的基于稀疏阵列的微波关联成像系统，其特征在于，发射天线(I)产生的微波辐射场对目标⑵的照射次数M远小于目标⑵的分辨单元总数N，其中N =PXQ，P为目标⑵的横向分辨单元数，Q为目标⑵的纵向分辨单元数。4.一种基于稀疏阵列的微波关联成像方法，包括如下步骤: 1)获取目标的辐射场矩阵Φ和散射回波向量y; 2)根据目标在空间的分布特征选择稀疏基矩阵Ψ； 3)将辐射场矩阵Φ与所选稀疏基矩阵Ψ相乘，得到测量矩阵O= ΦΨ ; 4)通过散射回波向量公式y=Θα + ε，其中ε为高斯白噪声向量，求解下式得到稀疏系数向量Ct:` ^IIaL+(1/2^ll0a-y|l2 其中11.I U1为加权Li范数，表示为:I1t1 = ^AlCh I.I表示取复数的模值，稀 n=i疏系数向量a = Ηε CNX1，H表示向量的共轭转置，C表示复数空间；Τ e RNX1为给定的非负权值向量，T表不向量的转置，R表不实数空间；11.I I2为L2范数，Y为与噪声水平有关的常数； 5)将步骤4求得的稀疏系数向量a代入公式X=Ψ a，解得目标的后向散射系数向量X ; 6)将目标的后向散射系数向量X重排为与目标大小PXQ对应的矩阵，利用重排后得到的矩阵成像，即得到目标的成像。5.如权利要求4所述的基于稀疏阵列的微波关联成像方法，其特征在于，步骤2)所述的根据目标在空间的分布特性选择稀疏基矩阵Ψ，按如下方式进行: 当目标在空间为稀疏分布时，则选择单元矩阵作为稀疏基矩阵Ψ ； 当目标在空间为非稀疏分布时，则选择离散余弦变换DCT或离散小波变换DWT矩阵作为稀疏基矩阵Ψ。6.如权利要求4所述的基于稀疏阵列的微波关联成像方法，其特征在于，步骤3)所述的由辐射场矩阵Φ与所选稀疏基矩阵Ψ相乘得到测量矩阵 = ΦΨ，该测量矩阵 满足压缩感知理论中的受限等距特性RIP，即对于一个正整数S，存在一个常数δ s，使得测量矩阵 能保证如下不等式成立:，其中Ss满足O < δ S<1，β为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于稀疏阵列的微波关联成像系统，包括：发射天线(1)、目标(2)、接收机(3)和信号处理器(5)，利用发射天线(1)产生的微波辐射场对目标(2)进行照射产生目标散射回波，存储目标(2)表面的微波辐射场(4)，接收机(3)接收目标散射回波，接收机(3)接收到的目标散射回波和预存的微波辐射场(4)通过信号处理器(5)处理，得到目标的成像，其特征在于：所述发射天线(1)，采用由多个阵元稀疏排布构成的稀布阵列天线，各阵元发射不同的微波编码信号在空间非相干叠加形成微波辐射场，该微波辐射场具有赝热光辐射场的空时随机波动特性；所述接收机(3)，采用单天线、单通道模式。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李军，伊孟磊，廖桂生，董晓飞，刘长赞，邵自力，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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