基于凸优化的雷达超分辨成像理论与方法研究

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雷达前视成像在全天候自主着陆、对地攻击等领域有重要应用价值。然而,现有的合成孔径和多普勒锐化等技术,受机理限制,在飞行前方方位分辨率较低,并不具备前视成像能力。因此,需要探索新的技术途径,改进前视雷达方位分辨能力。  本论文围绕前视扫描雷达方位超分辨问题,开展了凸优化解卷积理论、方法和实验验证研究工作,主要包括雷达超分辨成像模型、截断奇异值分解超分辨成像算法、稀疏目标超分辨成像算法和全变差解卷积超分辨成像算法等。  1.根据雷达与目标的几何关系,建立了前视扫描雷达回波模型,说明方位回波可表征为天线与散射率分布的类卷积,从而将方位超分辨问题转化为卷积反演问题,为超分辨算法研究奠定了理论基础。  2.提出截断奇异值分解方位超分辨方法,消除卷积矩阵低端奇异值引起的噪声放大效应,可以有效解决卷积反演过程噪声敏感性问题,能够在低信噪比条件下有效抑制虚假目标的出现。  3.提出了基于目标散射先验信息L1泛函表征的稀疏目标超分辨方法,通过构建目标函数幅度能量联合最小准则并使用增广拉格朗日法,解得最优的卷积反演结果,可有效解决稀疏目标超分辨成像中的定位偏差和幅值畸变问题,实现了多个邻近稀疏目标空间位置和幅度信息高精度反演。  4.提出了基于目标先验信息全变差表征的解卷积方法,将面目标超分辨问题转化为最大后验概率参数估计问题,并利用交叉方向迭代实现参数估计,可解决面目标超分辨成像时边缘模糊问题,实现了面目标轮廓有效重建。  以上理论和算法等研究的有效性不仅经过了仿真实验的检验,而且在外场试验中得到验证。
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