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高分辨SAR目标复杂结构特征增强成像算法

红外与毫米波学报 2022年第4期41卷 762-769页

作者：黄博周劼江舸张海中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999

提出面向合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)回波数据的复杂结构特征增强算法(Complex Structure Feature Enhancement Algorithm,CEA),面向SAR成像目标的复杂结构特征,算法利用高阶方向全变分(High-order Total Direction Variation,HOTDV)正则算子表示,面向SAR成像目标的稀疏特征,算法用ℓ_(1)正则算子表示。算法利用交替方向多乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)建立多正则约束优化框架,设计复杂结构分裂变量和稀疏分裂变量,并求出分裂变量解析更新解以实现SAR成像目标的复杂结构特征与稀疏特征的增强。多正则约束优化框架中的对偶分解保证多特征多任务处理能力,增广拉格朗日项的使用则保证了算法的收敛性和稳健性。最后,设计了仿真和实测SAR数据特征增强实验以验证算法的有效性,对比多种传统结构特征增强算法以验证所提复杂结构特征增强算法的优越性。

关键词：合成孔径雷达复杂结构特征增强高阶方向全变分交替方向多乘子法近端算子相位误差补偿

基于形态学自适应分块的高分辨SAR多特征增强算法

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系统工程与电子技术 2022年第2期44卷 470-479页

作者：方澄李慧娟路稳宋玉蒙杨磊中国民航大学电子信息与自动化学院天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

传统基于■1范数正则化算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)模型的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)压缩感知类稀疏成像算法易丢失弱散射点。基于扩展型组LASSO系列模型的算法虽可增强SAR结构特征... 详细信息

传统基于■1范数正则化算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)模型的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)压缩感知类稀疏成像算法易丢失弱散射点。基于扩展型组LASSO系列模型的算法虽可增强SAR结构特征以保留弱散射点,但由于其增强过程中本质上采用了欧式距离方法进行特征分块,致使分块较为“机械”,不能很好地提取目标结构,从而影响最终高分辨SAR成像质量。针对上述问题,提出一种基于形态学自适应分块的交替方向多乘子法(morphological auto-blocking alternating direction method of multipliers,MAB-ADMM)来实现高分辨SAR多特征表征。该算法通过建立基于形态学分块的■M/■F混合结构范数和■1稀疏范数来分别引入结构和稀疏先验,从而实现结构与稀疏多特征增强。由于采用了基于测地距离的形态学分块方式,MAB-ADMM算法能够更加有效地识别感兴趣的目标轮廓,从而提高结构增强的准确度和完整度。实验部分通过采用仿真复数据和实测SAR数据对所提算法和传统算法的成像结果进行定性对比,从而验证所提算法具有优越的多特征增强能力。此外,采用相变热力图对所提算法和传统算法的恢复能力进行定量对比,并利用MSTAR数据验证了所提算法可有效针对分类算法进行结果提升。

关键词：交替方向多乘子法合成孔径雷达成像形态学相变图

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稳健型双层叠组LASSO逆合成孔径雷达高分辨成像算法

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电子与信息学报 2021年第3期43卷 674-682页

作者：黄博周劼江舸中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621999

经典的逆合成孔径雷达(ISAR)稀疏成像算法一般通过求解范数约束的最小化问题获取稀疏恢复结果,但此类算法在恢复过程中很容易将某些散射强度较低的分辨单元当作背景噪声一并消除,从而导致目标部分弱散射结构特征丢失。针对这一问题,该... 详细信息

经典的逆合成孔径雷达(ISAR)稀疏成像算法一般通过求解范数约束的最小化问题获取稀疏恢复结果,但此类算法在恢复过程中很容易将某些散射强度较低的分辨单元当作背景噪声一并消除,从而导致目标部分弱散射结构特征丢失。针对这一问题,该文提出一种基于稳健型双层叠组LASSO回归模型的交替方向多乘子算法(RTGL-ADMM)。该算法在ISAR目标稀疏先验的基础上,进一步引入目标散射体空间连续性结构特征先验知识,并应用l_(1)/l_(F)混合范数进行定量表征。接下来,在ADMM框架下引入非平滑的l_(1)/l_(F)混合范数惩罚项,并将距离向和方位向雷达回波复数据分别进行分组处理后再使其双层叠加,然后对混合范数对应的邻近算子进行对偶迭代运算,实现“分解-协同”框架下结构与组稀疏特征的有机调和,从而在对ISAR数据稀疏成像的同时实现结构特征增强。实验验证采用ISAR仿真复数据与Yak-42实测数据,针对RTGL-ADMM成像进行定性分析。继而采用相变曲线图定量分析RTGL-ADMM在不同参数调节下的成像能力,从而验证了该文所提算法应用于ISAR高分辨成像时的稳健性与优越性。

关键词：逆合成孔径雷达交替方向多乘子法压缩感知邻近算子

双层稀疏组Lasso高分辨SAR结构特征增强成像

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系统工程与电子技术 2021年第2期43卷 351-362页

作者：杨磊李慧娟黄博刘伟李埔丞中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像中,基于■正则化线性回归(简称为Lasso)的凸优化类算法在进行稀疏特征增强时会导致弱散射体结构特征丢失,进而影响稀疏信号恢复精度的问题,本文提出一种基于双层稀疏组Lasso罚高斯... 详细信息

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像中,基于■正则化线性回归(简称为Lasso)的凸优化类算法在进行稀疏特征增强时会导致弱散射体结构特征丢失,进而影响稀疏信号恢复精度的问题,本文提出一种基于双层稀疏组Lasso罚高斯回归模型的交替方向多乘子算法。该算法以散射体的块结构(组)特征为先验,首先针对SAR数据分类特征引入■范数对应的近端算子,通过在交替方向多乘子方法框架中利用高斯-赛德尔思想对其近端算子进行对偶迭代运算,实现第一层和第二层SAR组间的稀疏特征增强。另外混合范数中的■范数为高斯惩罚项,可对SAR回波复数据整体进行平滑,实现SAR结构特征增强成像。因此,所提算法可在SAR回波复数据处理中同时实现稀疏特征和结构特征联合增强。实验选取SAR、SAR地面动目标成像(SAR ground moving target imaging,SAR-GMTIm)和逆SAR的仿真数据与实测数据,分别从定性和定量两种角度对所提算法和传统算法进行对比,其中定量分析时采用相变图(phase transition diagram,PTD)方法来验证所提算法的重建能力,从而验证了本文所提算法应用于SAR稀疏与结构特征增强的有效性与优越性。

关键词：合成孔径雷达交替方向多乘子法结构特征增强相变图

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强稀疏低副瓣近场聚焦稀疏阵列三维成像

电子与信息学报 2024年第12期46卷 4471-4482页

作者：杨磊宋昊申瑞阳陈英杰胡仲伟霍鑫邢孟道中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071

在主动式电扫描毫米波安检成像中,均匀阵列天线存在成本受限以及复杂度高等瓶颈问题,难以在实际工程中大规模运用。由此,该文提出一种强稀疏低副瓣的近场聚焦稀疏阵列设计方法,并进一步利用改进3维时域成像算法实现高精度3维重建。首先... 详细信息

在主动式电扫描毫米波安检成像中,均匀阵列天线存在成本受限以及复杂度高等瓶颈问题,难以在实际工程中大规模运用。由此,该文提出一种强稀疏低副瓣的近场聚焦稀疏阵列设计方法,并进一步利用改进3维时域成像算法实现高精度3维重建。首先,以近场聚焦位置以及峰值旁瓣电平为约束,以权向量的l_(p)(0法对阵列激励以及位置进行优化选择。最后,利用交替方向多乘子法(ADMM)实现聚焦位置、峰值旁瓣约束以及阵列激励协同求解,通过改进3维时域成像算法实现稀疏阵列3维成像。仿真模拟实验结果显示,该方法可以在满足阵列天线辐射特性以及近场聚焦条件下,以更少的阵元数目获得更低的旁瓣电平。此外,采用实测数据验证稀疏阵列改进3维时域成像算法高精度、高效率的优势。

关键词：近场成像稀疏阵列 3维成像交替方向多乘子法

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强稀疏低副瓣近场聚焦稀疏阵列三维成像

电子与信息学报 2024年

作者：杨磊宋昊申瑞阳陈英杰胡仲伟霍鑫邢孟道中国民航大学电子信息与自动化学院西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室

在主动式电扫描毫米波安检成像中，均匀阵列天线存在成本受限以及复杂度高等瓶颈问题，难以在实际工程中大规模运用。由此，该文提出一种强稀疏低副瓣的近场聚焦稀疏阵列设计方法，并进一步利用改进3维时域成像算法实现高精度3维重建。... 详细信息

在主动式电扫描毫米波安检成像中，均匀阵列天线存在成本受限以及复杂度高等瓶颈问题，难以在实际工程中大规模运用。由此，该文提出一种强稀疏低副瓣的近场聚焦稀疏阵列设计方法，并进一步利用改进3维时域成像算法实现高精度3维重建。首先，以近场聚焦位置以及峰值旁瓣电平为约束，以权向量的lp（0 法对阵列激励以及位置进行优化选择。最后，利用交替方向多乘子法（ADMM）实现聚焦位置、峰值旁瓣约束以及阵列激励协同求解，通过改进3维时域成像算法实现稀疏阵列3维成像。仿真模拟实验结果显示，该方法可以在满足阵列天线辐射特性以及近场聚焦条件下，以更少的阵元数目获得更低的旁瓣电平。此外，采用实测数据验证稀疏阵列改进3维时域成像算法高精度、高效率的优势。

关键词：近场成像稀疏阵列三维成像交替方向多乘子法