【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达关联成像信号处理领域，考虑了目标各分辨单元散射强度的起伏，具体涉及一种基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法。
技术介绍
1、雷达具有全天时、全天候、远距离的工作能力，受到较多的关注和广泛的研究。近年来借鉴光学鬼成像的原理，雷达关联成像发展成为一种高分辨率凝视成像的新技术，该技术并不依赖于雷达与目标之间的相对运动，为现有雷达成像技术中对静止、准静止目标以及非合作目标成像等瓶颈问题提供崭新的视角和解决思路。
2、雷达关联成像将成像平面划分为网格，通过发射随机调制的信号在成像区域内形成时空二维随机辐射场，通过将回波与各网格的参考信号进行相关处理，得到目标的分布情况。时空二维随机辐射场为目标的分辨率和成像提供了充分的信息，决定了关联成像的质量。构建时空二维随机辐射场是雷达关联成像的先决条件。已有许多学者针对雷达关联成像中辐射场随机性较弱的问题进行了研究，并取得了不错的效果。现有研究分析了辐射场的随机性表征问题，比如使用有效秩评价辐射场随机性，主要对发射信号的波形及雷达天线阵列的阵型进行了设计；还比如基于条件数的波形设计、比如基于辐射场gram矩阵与单位矩阵之间的差异最小化的波形和发射阵型设计等。
3、目标本身的性能、视角、极化方式等会引起点目标整体rcs的变化，同时也会导致扩展目标各分辨单元散射强度的变化，经过雷达成像后得到的是雷达图像各像素点的综合值。当考虑扩展目标的各分辨单元散射强度起伏后会发现，重构出来的图像较为混乱，表明参考矩阵与散射回波之间的相关性退化，目标网格能量散逸
4、本专利技术主要针对mimo雷达对各分辨单元散射强度起伏的目标进行关联成像时效果不佳、参考矩阵与回波的相关性退化的情况，提出了一种基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法。从信号的发射、接收、处理的整体流程出发，对目标各分辨单元的散射强度进行统计建模，寻找一种对目标网格能量散逸有较好抑制效果、成像较为稳定的mimo雷达发射波形和发射阵列的阵型，进而提升辐射场参考矩阵和信号回波之间的相关性，提升图像效果。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提供一种基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法，解决传统雷达关联成像辐射场设计中未考虑实际目标的散射特性，对各分辨单元散射强度起伏的目标成像时效果差的问题。
2、
技术实现思路
：本专利技术所述的基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法，包括以下步骤：
3、(1)进行mimo雷达关联成像的场景设置，产生发射信号波形和发射阵元位置，
4、(2)根据发射信号的波形、收发阵元的位置以及成像单元的位置，得到n个参考矩阵an，将n个参考矩阵在时间维度进行拼接，得到扩维参考矩阵a＝[a1；a2；···；an]；对目标各分辨单元统计建模，发射信号经过各分辨单元的散射后在接收端经过j时间采样，得到n个回波向量y＝[y1；y2；···；yn]，经过拼接得到扩维回波向量y；
5、(3)基于稀疏重构的多视角mimo雷达关联成像算法，对扩维参考矩阵和扩维回波进行联合处理，得到成像场景各分辨单元的散射强度值；
6、(4)设置最大迭代次数zmax，以辐射场gram矩阵条件数和由成像场景各分辨单元散射强度值得到的图像熵作为目标函数，通过约束辐射场gram矩阵条件数和图像熵，对发射信号的波形及发射阵列的阵型进行迭代优化求解；
7、(5)若未达到迭代次数，则返回步骤(2)，若达到迭代次数，则输出最优的信号波形及发射阵列的阵型。
8、进一步地，步骤(1)所述场景设置实现过程如下：
9、mimo雷达发射阵元个数为m，接收阵元个数为n，发射阵列为随机线阵，接收阵列为均匀线阵，发射信号采用随机跳频信号；将成像平面划分成l＝xnum*ynum个成像单元，xnum表示横向成像单元数，ynum表示纵向成像单元数，时间采样数为j。
10、进一步地，步骤(1)所述的发射信号波形为：
11、
12、其中，第m个发射阵元发射的随机跳频信号波形为sm(t)，由q个子脉冲组成，q表示第q个子脉冲，fc表示载频，δt和δf表示脉冲持续时间和最小频率间隔，g是一个正整数，cm,q为每个子脉冲对应的跳频编码，cm,q∈{0,1,…g-1}；u(t)表示在0<t<δt内取值为1，其余时间取值为0的门函数。
13、进一步地，步骤(1)所述的发射阵元位置为：
14、发射阵列中第一个阵元的位置p1＝0，最后一个阵元的位置pm＝f，除首尾阵元外其他阵元的位置pm∈{1,2,···f-1},m＝2,3,···m-1；f是一个正整数；
15、待优化的发射阵元的位置p使用以下公式表示：
16、p＝{pm|pm∈{1,2,…f-1},if i≠j then pi≠pj,m,i,j＝2,3,…m-1} (3)。
17、进一步地，所述步骤(2)所述对目标各分辨单元统计建模实现过程如下：
18、各分辨单元的散射强度σ使用复高斯模型进行统计建模，σ＝a0ejφ，σ服从复高斯分布，σ的振幅a0服从瑞利分布，σ的相位φ服从均匀分布：
19、
20、其中，f(a0)为幅度的概率密度，f(φ)为相位的概率密度，an(rl,t)为参考信号，yn(t)为回波信号，sm(t)表示第m个发射阵元的发射信号，c为电磁波的传播速度，为第m个发射阵元经过第l个成像单元到第n个接收阵元的路径时延；为第l个成像单元在第m个发射阵元到第n个接收阵元视角上的散射强度；wn(t)为第n个接收通道的噪声。
21、进一步地，所述步骤(3)通过以下公式实现：
22、
23、其中，||·||1表示向量的l1范数，||·||2表示向量的l2范数，μ为正则化参数，用以控制l1正则项及数据拟合项之间的平衡；通过最小化该目标函数，获得满足稀疏条件的成像目标散射向量。
24、进一步地，所述步骤(4)通过以下公式实现：
25、
26、其中，a为扩维的辐射场参考矩阵，ah表示对a进行共轭转置，cond(·)表示求条件数，h(v)表示成像的图像熵，vl表示每个成像单元的散射强度估计值，||·||1表示向量的l1范数，ξ表示优化权重，c为跳频编码矩阵，p为不重复的发射阵元位置编码集合。
27、进一步地，步骤(4)所述的迭代优化求解是通过灰狼优化算法实现，过程如下：
28、gwo算法使用以下方程模拟包围行为：
29、d＝|c'·xp(z)-x(z)| (10)
30、x(z+1)＝xp(z)-e·d (11)
31、e＝2a·ε1-a (12)
32、c'＝2·本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于图像熵的多视角MIMO雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于图像熵的多视角MIMO雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，步骤(1)所述场景设置实现过程如下：
3.根据权利要求1所述的基于图像熵的多视角MIMO雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，步骤(1)所述的发射信号波形为：
4.根据权利要求1所述的基于图像熵的多视角MIMO雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，步骤(1)所述的发射阵元位置为：
5.如权利要求1所述的一种基于图像熵的多视角MIMO雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，所述步骤(2)所述对目标各分辨单元统计建模实现过程如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于图像熵的多视角MIMO雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，所述步骤(3)通过以下公式实现：
7.根据权利要求1所述的一种基于图像熵的多视角MIMO雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，所述步骤(4)通过以下公式实现：
8.根据权利要求1所述的一种基于图像熵
...【技术特征摘要】
1.一种基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，步骤(1)所述场景设置实现过程如下：
3.根据权利要求1所述的基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，步骤(1)所述的发射信号波形为：
4.根据权利要求1所述的基于图像熵的多视角mimo雷达关联成像辐射场设计方法，其特征在于，步骤(1)所述的发射阵元位置为：
5.如权利要求1所述的一种基于图像熵的多视...
【专利技术属性】
技术研发人员：张千，张弓，陈宁炜，熊清，谢军，何延森，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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