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    基于壓縮感知(CS)的SAR雷達成像,附7個程序 - 下載本文

    北京理工大學本科生畢業設計(論文)

    畢業設計(論文)題目:基于壓縮感知的SAR成像算法研究

    學 院:信息與電子學院 專 業: 信息工程 班 級 姓 名 指導教師:

    I

    北京理工大學本科生畢業設計(論文)

    摘 要

    壓縮感知是近年來出現的一種新穎的理論,該理論指出如果信號在某個變換域是稀疏的或可壓縮的,就可以利用一個與變換基不相關的觀測矩陣將變換所得的高維信號投影到一個低維空間上,根據這些少量的觀測值,通過求解凸優化問題實現信號的精確重構。

    合成孔徑雷達(SAR)是一種高分辨的成像雷達,它不受氣候和晝夜影響,能夠全天候、全天時、遠距離的進行成像,具有大范圍觀測、可變視角以及良好的穿透能力等特點,在軍用和民用領域有著廣泛的應用。

    隨著對雷達圖像分辨率的需求不斷提高,以香農采樣定理為基礎的信號處理框架對采樣速度和數據處理速度的要求也越來越高,因此給數據存儲和傳輸系統帶來了沉重負擔。壓縮感知理論能夠降低數據量,因此對于稀疏場景的SAR成像,可將其與壓縮感知相結合,有效的減緩了數據量大所導致的存儲壓力大的問題。

    本文介紹了壓縮感知的概念與原理以及脈沖壓縮的基本原理,研究了合成孔徑雷達成像的基本原理,并將其壓縮感知相結合。最后進行了仿真實驗,實現了基于脈沖壓縮的SAR成像和基于壓縮感知的SAR成像。

    關鍵詞:壓縮感知;合成孔徑雷達成像;脈沖壓縮

    II

    北京理工大學本科生畢業設計(論文)

    Abstract

    Compressed Sensing (CS) is a novel theory in recent years. The theory suggests that if the signal is sparse or compressible in a transform domain, we can use an observation matrix which is not related with transformation basis to project the high-dimensional transformed signal to a low dimensional space. According to these few observations, the signal can be accurate reconstructed by solving a convex optimization problem.

    Synthetic Aperture Radar (SAR) is a sort of high resolution imaging radar.Using SAR we call obtain radar images independent of all time,all weather, and long distance conditions,it provide multi-bands,huge-range observation and high resolution image.So it has a wide application in the fields of military and civilian.

    With the increasing demand in radar image resolution, signal processing framework based on the Shannon sampling theorem has become increasingly demanding the sampling speed and data processing speed, thereby bringing great difficulties to storage, transmission. CS theory can reduce the amount of data, so for sparse scene, we can combine it with SAR imaging to solve the problem of storing pressure caused by the amount of data.

    This article describes the concept of CS and pulse compression, studies the basic principles of SAR imaging and combines it with CS theory. Finally, the simulation experiment is conduct to realize the SAR imaging based on pulse compression and CS theory.

    Keywords:Compressive Sensing; Synthetic Aperture Radar imaging; Pulse Compression

    III

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    目錄

    第1章 引言 ......................................................................................1 1.1 應用背景 ...................................................................................1 1.1.1 壓縮感知簡介 ......................................................................1 1.1.2 雷達發展簡介 ......................................................................3 1.2 本文安排 ...................................................................................6 第2章 壓縮感知理論基本原理...........................................................7 2.1 壓縮感知的基本知識 ..................................................................7 2.2 壓縮感知的主要原理內容 ...........................................................8 2.2.1 信號的稀疏表示 ...................................................................9 2.2.2 測量矩陣的設計 ................................................................. 10 2.2.3 信號的重構算法 ................................................................. 10 2.3 壓縮感知的主要應用 ................................................................ 11 第3章 脈沖壓縮基本原理................................................................ 14 3.1 雷達工作原理........................................................................... 14 3.2 線性調頻脈沖信號的特性 ......................................................... 17 3.3 線性調頻脈沖信號的脈沖壓縮 .................................................. 19 第4章 合成孔徑雷達成像................................................................ 24 4.1 合成孔徑雷達(SAR)簡介 .......................... 錯誤!未定義書簽。 4.2 SAR點目標回波模型................................................................ 26 4.4 基于傳統脈沖壓縮的SAR成像 ................................................. 28 4.5 基于壓縮感知的SAR成像 ........................................................ 30 4.5.1 基本思想 ........................................................................... 30 4.5.2 雷達回波的稀疏表示 .......................................................... 31 4.5.3 測量矩陣的構造 ................................................................. 32 4.5.4 雷達圖像形成 .................................................................... 33

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    北京理工大學本科生畢業設計(論文)

    4.5.5 仿真結果 ........................................................................... 34 第5章 總結與展望 .......................................................................... 36 致 謝 ........................................................................................... 38 參考文獻............................................................................................ 39

    II





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