基于稀疏表示的多雷达信号二维融合处理

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252011VoI．32No．3515．521ISSN1000—6893CN”一1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．Gn文章编号：1000-6893(2011)03-0515—07基于稀疏表示的多雷达信号二维融合处理叶钒1，何峰h*，朱炬波2，张永胜11．国防科学技术大学电子科学与工程学院，瑚南长沙4100732．国防科学技术大学理学院，湖南长沙410073摘要：多雷达信号融合

2、通过对多视角和多频带雷达信号进行相干融合，可以提高图像的距离和方位向分辨率。为了克服基于谱估计的多雷达信号融合方法稳健性严重依赖于散射点个数估计精度和二维极点配对精度的问题，在深入研究逆合成孔径雷达(1SAR)信号的基础上，构造了多雷达信号二维融合的线性表示模型，将融合处理转化为一个信号表示问题；充分挖掘ISAR信号在傅里叶域的稀疏特性，提出了基于信号稀疏表示的多雷达信号融合方法。研究表明：基于信号稀疏表示的多雷达信号二维融合处理的参数估计精度优于谱估计方法。且运算效率略低于谱估计方法，但是参数估计性能受信号稀疏

3、度的影响。关键词：多雷达信号；信息融合；分辨率；信号稀疏表示；散射点；个数估计中图分类号：TN957文献标识码：A多雷达信号融合成像是一种新兴的雷达信号处理技术[1‘3]。它利用多部雷达从不同角度和频段获取目标在二维谱域呈稀疏分布的雷达观测数据，通过信号级的相干融合，提高目标散射中心参数估计精度并获得更高的雷达成像分辨率，从而打破传统的单雷达成像分辨率受限于信号带宽与观测相干积累时间的约束，可明显改善雷达成像分辨率。传统的谱估计类方法是多频带雷达信号融合中最常见的一类方法。此类方法包括状态空间方法【4由]、修正R

4、oot—MUSIC算法[¨、AR—Burg算法‘33以及基于ARIMAE6。、TVARE73和ESPRITc7]算法的融合方法。虽然谱估计类方法的参数精度高，但却是以精确估计散射点个数为前提，而在实际处理中散射点个数一般是很难精确估计出来的。在多视角多频带雷达信号的二维融合处理中，散射点的二维坐标配对也是一个较大的难点。直接将一维频带融合中的处理方法应用到二维融合中，就会存在坐标配对问题。信号稀疏表示是一种新兴的信号分析与综合方法，其核心就是用尽可能少的已知元素去表示待分析的信号，它包括了MP(MatchingP

5、ur-suit)c81、BP(BasisPursuit)[9．11。、FOCUSS(FO—CalUndeterminedSystemSolver)[12]以及SCA(SparseComponentAnalysis)等算法D33。在进行目标散射模型参数估计时，此类方法通过在目标上布置一个超完备的网格来模拟可能存在的散射点，通过寻优来估计这些点上的振幅，根据阈值来判断这些网格点上是否存在散射点。此类方法无需估计散射点个数也无需坐标配对，因此要优于谱估计类方法。2006年杜小勇提出了基于稀疏成分分析(SCA)的多频段信

6、号融合技术[¨]，将收稿日期：2010-05—28；退修日期：2010—09—07；录用日期：2010-11-11：网络出版时问：2010-12-1317：57网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20101213．1757．007．html∞I：CNKI：11-1929／V．20101213．1757．007*通讯作者．Tel．：0731-84575711E—mail：riversummit@sina．corn荸

7、用播武l叶钒．侮咯．朱炬波．等．基f稀疏表示的多雷达

8、信号二维融合煲理eJ-．航空学摄。2011。32(3)：515-52t．geFan．HeFeng。ZhuJubo，eta1．Multi-radarsigna／two-dimensionalfusionprocessingbasedonsparserepresentationfJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinice，2011．32‘3)i515-521．航空学报一维信号融合模型转化为一个线性系统模型，系统矩阵表示为行采样矩阵左乘傅里叶词典，但是此技术仅能应用于一维信号融合处理。

9、本文建立了雷达信号二维融合的系统模型，并利用稀疏表示方法来估计模型参数从而得到高分辨的图像。文章的结构安排如下：第l部分介绍了单雷达信号的系统模型；第2部分构造了多雷达信号二维融合的系统模型，并给出基于稀疏信号表示的多雷达信号二维融合方法；第3部分为仿真实验；第4部分为本文的主要结论。1单雷达信号的系统模型在雷达光学区下假设目标由K个散射点组成。由几何绕射理论(GTD)可