基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法
专利汇可以提供基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于基追踪去噪的近场宽带RCS 数据采集 与压缩方法，通过在方位向与高程向上的随机降 采样 ，降低了RCS数据的实际测量总量，能够在保证不过多损失雷达目标电磁散射特性信息完整度的情况下，缩短雷达系统对观测目标RCS数据的测量时间，从而提高整个测量系统的工作效率；根据基追踪去噪模型，利用结合了近场宽带RCS 数据处理 算子的稀疏重构 算法 ，来实现对回波域RCS数据的 数据压缩 ，不仅可以减少数据压缩过程中雷达目标电磁散射特性信息的损失，还可以进一步降低压缩算法的计算复杂度与内存损耗，从而使上述数据压缩过程变得更为精确、快速与高效。，下面是基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法专利的具体信息内容。
1.一种基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，包括：
步骤A：基于观测目标散射中心分布的稀疏度，完成对观测目标近场宽带RCS数据的采集，得到观测目标的近场宽带RCS数据矩阵；
步骤B：构建近场宽带RCS数据处理算子；
步骤C：将所述近场宽带RCS数据处理算子与用于求解基追踪去噪模型的稀疏重构算法相结合，将所述观测目标的近场宽带RCS数据矩阵转化为观测目标的散射中心，获得所述观测目标散射中心的后向散射系数；以及
步骤D：根据近场宽带RCS数据压缩精度的要求，对所述观测目标散射中心进行筛选，将筛选出的观测目标散射中心的后向散射系数与空间位置进行存储，完成近场宽带RCS数据的数据压缩。
2.如权利要求1所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
子步骤B1：构建所述近场宽带RCS数据处理算子的回波数据生成项 以及
子步骤B2：构建所述近场宽带RCS数据处理算子的散射中心重建项
3.如权利要求2所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述回波数据生成项 的表达式为：
其中， 表示用于搜索观测目标后向散射系数向量 中所有非零元素位置的
算子，即 表示由观测目标后向散射系数向量x中所有
非零元素的序号构成的集合； 表示利用观测目标后向散射系数向量x中元素序号属于集合 的观测目标的后向散射系数生成近场宽带RCS数据的算子，即
其中， 表示观测目标的近场宽带RCS数据向量，K表示每个步进频脉冲信号的
频点总数，M表示在方位向与高程向上的空间采样位置总数，fk表示第k个脉冲的载波频率，且fk＝f1+(k-1)Δf，f1为第1个脉冲的载波频率，Δf为频率的步进长度，c表示电磁波在自由空间的传播速度，Rm，n表示雷达系统第m个空间采样位置坐标(um，vm，wm)与观测目标第n个散射中心位置坐标(un，vn，wn)间的距离，即
4.如权利要求2所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述散射中心重建项 的表达式为：
其中， 表示把观测目标的近场宽带RCS数据向量 重新排列成与之对应
的近场宽带RCS数据矩阵 的算子；IFFTr(·)表示对近场宽带RCS数据矩阵Y中的每
一列步进频脉冲信号进行逆快速傅里叶变换的算子； 表示将距离向上的时域投影插值到目标区域空间网格点处的算子； 表示对在不同空间采样位置上获得的三维子图像进行相干累加的算子； 表示把观测目标的后向散射系数三维矩阵重新排列成观测目标后向散射系数向量 的算子； 表示时域插值操作前对距离向上的时域投
影进行相位补偿的向量，其元素取值为ψ1(l)＝exp(-jπ(K-1)l/K)，l＝0，…，K-1，K表示每个步进频脉冲信号的频点总数；Ψ2，m表示时域插值操作后对目标区域空间网格点处的后向散射系数进行相位补偿的三维矩阵，Ψ2，m共包含N个元素，每个元素的取值为ψ2，m(un，vn，wn)＝exp(j4πfcRm，n/c)，fc表示每个步进频脉冲信号的中心频率，且fc＝(f1+fK)/2，N的取值与观测目标后向散射系数向量 的维度相等；⊙表示哈达马乘法运算。
5.如权利要求2所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
子步骤C1：将观测目标的近场宽带RCS数据矩阵 转换成由其M个列向量拼接成
的近场宽带RCS数据向量 输入近场宽带RCS数据向量y、加性噪声电平σ∈[0，||y||2)、最优输出容限Top∈[0，∞)、充分下降系数η∈(0，1)、Barzilai-Borwein步长取值的下界αmin与上界αmax、第一、二、三层迭代运算的最大迭代次数Niter1、Niter2与Niter3；使第一临时变量xp的初始值为x0＝0，第二临时变量rp的初始值为r0＝y，正则化参数τp的初始值为τ0＝
0，Barzilai-Borwein步长αq的初始值为α0＝αmax，第一层迭代运算的迭代次数p的初始值为p＝1；设置观测目标后向散射系数输出向量为 第三临时变量为 第四临时变量为 第五临时变量为 第六临时变量为 第七临时变量为 第八临时变量为Δx，第九临时变量为Δg，梯度下降步长为α，第二层迭代运算的迭代次数为q，第三层迭代运算的迭代次数为h，并执行子步骤C2；
子步骤C2：判断p≤Niter1是否成立，若成立，则执行子步骤C3；否则，输出结果获得观测目标散射中心的后向散射系数，步骤C执行完毕；
子步骤C3：判断|||rp-1||2-σ|/||rp-1||2≤Top是否成立，若成立，输出结果 获得观测目标散射中心的后向散射系数，步骤C执行完毕；否则，更新正则化参数，使τp＝τp-1+(σ-φ(rp-1))/φ′(rp-1)，并执行子步骤C4；
子步骤C4：判断τp＜τp-1是否成立，若成立，则使 并执行
子步骤C5；否则，使 并执行子步骤C5；
子步骤C5：使 第二层迭代运算的迭代次数q＝1，并执行第二层迭代运算过
程；以及
子步骤C6：使 第一层迭代运算的迭代次数p＝p+1，返回执行子步骤
C2。
6.如权利要求5所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述执行第二层迭代运算过程具体包括：
子分步骤C5a：判断q≤Niter2是否成立，若成立，则执行子分步骤C5b；否则，执行子步骤C6；
子分步骤C5b：判断 是否成立，若成立，则执行子步骤C6；否则，使α＝αq-1，第三层迭代运算的迭代次数h＝1，并执行第三层迭代运算过程；
子分步骤C5c：使 并执行子
分步骤C5d；以及
H
子分步骤C5d：判断ΔxΔg≤0是否成立，若成立，则使αq＝αmax，第二层迭代运算的迭代次数q＝q+1，并返回执行子分步骤C5a；否则，使
第二层迭代运算的迭代次数q＝q+1，并返回执行子分步骤C5a。
7.如权利要求6所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述执行第三层迭代运算过程具体包括：
子分步骤C5b1：判断h≤Niter3是否成立，若成立，则
并执行子分步骤C5b2；否则，执行子分步骤C5c；以及
子分步骤C5b2：判断 是否成立，若成立，则执行子分步骤
C5c；否则，使α＝α/2，第三层迭代运算的迭代次数h＝h+1，并返回执行子分步骤C5b1。
8.如权利要求5所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述子步骤C3中的φ(rp-1)利用如下公式计算：
φ(r)＝||r||2 (3)
φ′(rp-1)利用如下公式计算：
其中， 由近场宽带RCS数据处理算子的散射中心重建项计算得到。
9.如权利要求6所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述子分步骤C5b中的 利用如下公式计算：
其中， 由近场宽带RCS数据处理算子的散射中心重建项计算得到； 为近
场宽带RCS数据向量；||·||2表示取向量的2-范数；||·||∞表示取向量的无穷范数；上标H表示取向量的共轭转置。
10.如权利要求5所述的基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：
子步骤D1：设置近场宽带RCS数据压缩精度ε、筛选门限的起始值T1、下降步长ΔT、对强散射中心进行筛选的总次数G，对观测目标散射中心的后向散射系数模值进行归一化处理，得到单位为dB的向量 即 令筛选次数g＝1，执行子步骤D2；
子步骤D2：搜索向量 中取值大于Tg的元素，将取值大于Tg元素的序号构建成集合即 生成近场宽带RCS数据向量的估计值
并计算近场宽带RCS数据向量的压缩误差
执行子步骤D3；
子步骤D3：判断εg≤ε是否成立，若成立，对向量 中元素序号属于集合 的散射中心的后向散射系数与空间位置进行存储，并保存近场宽带RCS数据矩阵的最大幅值max(|Y|)，完成观测目标近场宽带RCS数据的数据压缩；否则，使筛选次数g＝g+1，执行子步骤D4；以及子步骤D4：判断g≤G是否成立，若成立，则执行子步骤D2；否则，对向量 中元素序号属于集合 的散射中心的后向散射系数与空间位置进行存储，并保存近场宽带RCS数据矩阵的最大幅值max(|Y|)，完成观测目标近场宽带RCS数据的数据压缩。
基于基追踪去噪的近场宽带RCS数据采集与压缩方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
量x中所有非零元素的序号构成的集合； 表示利用向量x中元素序号属于集合 的观
测目标的后向散射系数生成近场宽带RCS数据的算子，即
频脉冲信号进行逆快速傅里叶变换的算子； 表示将距离向上的时域投影插值到目标区域空间网格点处的算子； 表示对在不同空间采样位置上获得的三维子图像进行相干累加的算子； 表示把观测目标的后向散射系数三维矩阵重新排列成向量 的
算子； 表示时域插值操作前对距离向上的时域投影进行相位补偿的向量，其元素取值为ψ1(l)＝exp(-jπ(K-1)l/K)，l＝0，…，K-1，K表示每个步进频脉冲信号的频点总数；
Ψ2，m表示时域插值操作后对目标区域空间网格点处的后向散射系数进行相位补偿的三维矩阵，该三维矩阵共包含N个元素，且每个元素的取值可以表示成ψ2，m(un，vn，wn)＝exp(j4πfcRm，n/c)，这里，fc表示每个步进频脉冲信号的中心频率，且fc＝(f1+fK)/2，N的取值与观测目标后向散射系数向量 的维度相等；⊙表示哈达马乘法运算。
平σ∈[0，||y||2)、最优输出容限Top∈[0，∞)、充分下降系数η∈(0，1)、Barzilai-Borwein步长取值的下界αmin与上界αmax(0＜αmin＜αmax)、第一、二、三层迭代运算的最大迭代次数Niter1、Niter2与Niter3(Niter1≥1、Niter2≥1、Niter3≥1)输入到改进过的SPGL1算法中。然后，对所要用到的参数与临时变量进行初始化，使第一临时变量xp的初始值为x0＝0，第二临时变量rp的初始值为r0＝y，正则化参数τp的初始值为τ0＝0，Barzilai-Borwein步长αq的初始值为α0＝αmax，第一层迭代运算的迭代次数p的初始值为p＝1，设置观测目标后向散射系数输出向量为 第三临时变量为 第四临时变量为 第五临时变量为 第六临时变量为
第七临时变量为 第八临时变量为Δx，第九临时变量为Δg，梯度下降步长为α，第二层迭代运算的迭代次数为q，第三层迭代运算的迭代次数为h，并执行子步骤C2。
数据处理算子的回波数据生成项(公式(1))计算得到。
(2))计算得到。
数据处理算子的回波数据生成项(公式(1))计算得到。
取向量的无穷范数；上标H表示取向量的共轭转置。
执行子步骤D3；
计算结果是否收敛 是 否
算法程序运行时间 20.52min 175.32min
处理系统内存损耗 4088MB 9519MB
RCS数据重构误差 0.2071 0.1970
RCS数据压缩率 110.56 321.82
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