低信噪比下穩(wěn)健壓縮感知成像.pdf

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1、航空學(xué)報Mar252012Vo1．33No．3561-572ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaedu．cn文章編號：10006893(2012)03—056112低信噪比下穩(wěn)健壓縮感知成像趙光輝，張?zhí)戽I，沈方芳，石光明，陳旭陽西安電子科技大學(xué)電子Z-程學(xué)院，陜西西安710071摘要：由于基于范數(shù)的壓縮感知理論模型無法充分挖掘信號的稀疏性，因此在重建過程中無法實現(xiàn)對待重構(gòu)系數(shù)的等權(quán)值約束，進而導(dǎo)致在信噪比較低時，噪聲分布的不稀疏性會嚴重影響目標信息

2、的重建，造成成像結(jié)果中會出現(xiàn)大量虛假目標，成像性能急劇下降。本文在深入分析了加權(quán)范數(shù)模型的基礎(chǔ)上，提出了一種更加穩(wěn)健的適用于含噪模式下的高分辨率壓縮感知微波成像模型。該模型在借鑒常規(guī)加權(quán)范數(shù)模型的基礎(chǔ)上，針對權(quán)重選擇及加權(quán)方式進行了修正，使得權(quán)值的變化程度和權(quán)值大小分離，可以做到相同的懲罰約束，從而實現(xiàn)成像過程中噪聲分量的有效抑制，實驗結(jié)果說明了低信噪比下所提模型的有效性。關(guān)鍵詞：低信噪比；壓縮感知；雷達成像；加權(quán)范數(shù)；高分辨中圖分類號：V243．2；TN957．52文獻標識碼：A聚束合成孔徑雷達(SyntheticApertureRa—出，當信號在某個變換域下滿足一定的稀疏性或dar

3、，sAR)成像模式通過改變波束指向可以在更可壓縮性時，可以結(jié)合范數(shù)最小化模型求解，大的視角范圍內(nèi)采集目標場景的回波信息，因而以遠低于奈奎斯特采樣率的采樣數(shù)據(jù)實現(xiàn)對真實具有比其他成像模式更高的方位分辨率，是成像信號的高概率準確重構(gòu)l_1]。由于CS理論能夠領(lǐng)域的一個重要研究方向。近年來隨著地球測有效降低雷達回波信號的數(shù)據(jù)率，因此對SAR高繪、軍事偵察和目標識別等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對成分辨成像系統(tǒng)的實現(xiàn)具有重要意義，國內(nèi)外學(xué)者像分辨率也提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)成像模陸續(xù)開展了將CS理論與SAR成像相結(jié)合的研式中，距離分辨率的提高主要是通過增大發(fā)射信究。Baraniuk開創(chuàng)性地提出了CS—S

4、AR成像方號的帶寬實現(xiàn)，這對模擬數(shù)字(Analog—Digital，法[6]；Mt~jdat等提出了聚束SAR體制的稀疏表AD)采樣系統(tǒng)的性能提出了更高的要求；方位分示模型，并通過空域及全變差域下的聯(lián)合約束，實辨率的提高是通過方位向合成孔徑數(shù)量的提高而現(xiàn)了對目標圖像的特征增強l7；Patel等在此基礎(chǔ)實現(xiàn)的，這無疑增加了存儲和傳輸系統(tǒng)的負擔。上，對CS-SAR的觀測模型展開了詳細探討，并總的來說，采用傳統(tǒng)聚束SAR模式實現(xiàn)高分辨成實現(xiàn)了方位高分辨成像]。國內(nèi)皮亦鳴]、謝曉像對硬件系統(tǒng)提出了更高的要求。春l1分別從一維距離像及二維成像角度展開了近年來，由Donoho等提出的壓縮感知基于C

5、S理論的SAR成像研究。(CompressiveSensing，CS)理論為解決上述高分雖然諸多文獻已表明了CS理論在SAR成辨成像問題提供了一種可行的新思路。該理論指像中的可行性，但隨著CS基礎(chǔ)理論的不斷發(fā)展，收稿日期：2011—06—01；退修日期：2011—08—15；錄用日期：2011—11．29；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2011—12．1416：50網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnkinet／kcms／delail／111929V201112141650002htmIDOI：CNKI：11—1929／V201112141650．002基金項且：國家自然科學(xué)基金(60902079，6090203

6、1，61033004，61070138)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金(K50510020018)*通訊作者．Tel：029—88201402E—mail：ghzhao@xidianeduon用格武：ZhaoGH-ZhangTJ．ShenFFeta1．RobustcompressivesensingSARimaginginlowSNRconditionsActaAeronauticaetAs—tronautloaSinica，2012，33(3)561-572趙光輝，鍵，方芳，箏衡壤比舞德壓紡感知馕．艏空學(xué)按，2D72，33(3)56l-572趙光輝等：低信噪比下穩(wěn)健壓縮感知成像(C

7、s)rain(1lI5，lI)，s．t．1fY一D{f≤e式中：為噪聲矢量；g為待重構(gòu)的散射系數(shù)矢量，(4)若場景包含a個散射點，則g的稀疏度為。s一式中：y一；D表示待重構(gòu)的SAR圖像，參量￡[s15目2?q?s口QJ，一L12?為噪聲門限。針對式(4)模型，Mfijdat【_7和?]，一exp(-jg2()×AR())。在VishalE等指出，若定義波束指向角為0，Q為方CS—SAR模型中，為了降低成像所需要的數(shù)據(jù)量，位向采樣點個數(shù)，則不同