基于Renyi熵的ITR-DTV雷达前视超分辨成像方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115902886A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211531493.2(22)申请日2022.12.01(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人包敏尹晓宁李亚超郭亮邢孟道(74)专利代理机构西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙)61230专利代理师王海栋(51)Int.Cl.G01S13/89(2006.01)权利要求书4页说明书15页附图7页(54)发明名称基于Renyi熵的ITR-DTV雷达前视超分辨成像方法(57)摘要本发明涉及一种基于Renyi熵的ITR‑DTV雷达前视超分辨成像方法，成像方法包括：基于雷达前视成像的运动几何模型，将回波信号在方位向上表示为天线方向图卷积目标散射系数的形式，构建得到雷达观测模型；对目标散射系数构造目标函数；结合雷达观测模型，采用方向全变差算子作为目标函数的正则项，同时在目标函数的损失函数中加入正定加权矩阵，并选取Renyi熵作为目标函数的另一正则项，得到目标优化模型；使用ADMM方法迭代求解目标优化模型，得到求解模型函数，并更新求解模型函数中的松弛变量、目标相位和目标幅度；利用目标相位和目标幅度计算目标散射系数，实现对目标的超分辨率成像。该成像方法对目标图像方向纹理细节恢复能力强、场景适应性强、误差小。CN115902886ACN115902886A权利要求书1/4页1.一种基于Renyi熵的ITR‑DTV雷达前视超分辨成像方法，其特征在于，包括步骤：S1、基于雷达前视成像的运动几何模型，将回波信号在方位向上表示为天线方向图卷积目标散射系数的形式，构建得到雷达观测模型；S2、利用正则化方法，对所述目标散射系数构造目标函数；S3、结合所述雷达观测模型，采用方向全变差算子作为所述目标函数的正则项以对目标幅度进行约束，同时在所述目标函数的损失函数中加入正定加权矩阵，并选取Renyi熵作为所述目标函数的另一正则项以对目标幅度进行约束，得到目标优化模型；S4、使用ADMM方法迭代求解所述目标优化模型，构建增广拉格朗日函数，得到求解模型函数，并求解所述求解模型函数中的松弛变量、目标相位和目标幅度；S5、利用求解的所述目标相位和所述目标幅度计算所述目标散射系数，实现对目标的超分辨率成像。2.根据权利要求1所述的于Renyi熵的ITR‑DTV雷达前视超分辨成像方法，其特征在于，步骤S1包括：S11、基于所述运动几何模型，对载机与目标点之间的距离作泰勒级数展开，得到所述载机与目标点之间的距离的近似线性斜距：其中，H为载机距离水平面高度，r为载机在XY平面上的投影到目标点的距离，R0为载机与目标点之间的初始距离，v为载机的运动速度，t为载机运动时刻，ψ0为OQ与Y轴的夹角，为雷达天线波束的俯仰角；S12、对目标时刻的雷达回波信号依次进行去载频、脉冲压缩、走动校正和用空间变量替换时间变量处理，得到关于方位角与所述近似线性斜距之间的回波信号：其中，θ为方位角变量，R为斜距变量，为目标加权反射系数，表示卷积运算，表示冲激响应函数，f0为载频的调频率，c为光速，v为运动平台的运动速度，为雷达天线波束的俯仰角，θ0为目标初始方位角，为雷达波束扫描角速度；S13、将所述回波信号在方位向上表示为天线方向图卷积目标散射系数的形式，同时考虑噪声以及雷达接收到的回波是离散点，将所述回波信号表示为一维卷积形式，得到所述雷达前视成像回波模型：其中，n(t)表示成像过程中的随机噪声，a(t)为天线方向图，σ(t)为目标散射系数；S14、根据雷达通过前视扫描获得的回波数据为复数，将所述目标散射系数表示为：2CN115902886A权利要求书2/4页σ＝φf其中，σ为目标散射系数，一个对角矩阵，是σ的相位，f为目标散射系数σ的幅度|σ|；S15、由所述目标散射系数和所述雷达前视成像回波模型得到所述雷达观测模型：s＝Aφf+n其中，s为回波信号，A为天线方向图，n为噪声。3.根据权利要求1所述的于Renyi熵的ITR‑DTV雷达前视超分辨成像方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，A为天线方向图，σ为目标散射系数，s为回波信号，λ为正则化参数，Γ(σ)为关于σ的函数，q表示范数运算。4.根据权利要求1所述的于Renyi熵的ITR‑DTV雷达前视超分辨成像方法，其特征在于，步骤S3包括步骤：S31、结合所述雷达观测模型，采用方向全变差算子作为所述目标函数的正则项以对目标幅度进行约束，则加入所述方向全变差算子后的目标函数表示为：其中，f为目标散射系数σ的幅度|σ|，为不可微分项，s为回波信号，A为天线方向图，一个对角矩阵，是σ的相位，ε为一个趋近于0的正数；S32、在所述目标函数的损失函数中加入正定加权矩