1.一种基于C-ADMMN的结构化稀疏孔径ISAR成像方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1对稀疏孔径ISAR回波信号进行建模:雷达系统接收到的二维回波经解调后表示为:其中,σ i 表示目标第i个散射中心的反射系数,R i (t m )表示目标第i个散射中心相对雷达的瞬时转动距离, t m 分别表示快时间和慢时间,f c 、c、γ分别表示雷达信号中心频率、真空光速、信号调频率;m=1,2,…,M,M表示全孔径雷达回波包含的脉冲个数;目标第i个散射中心相对雷达的瞬时转动距离R i (t m )表示为:R i (t m )=x i sin(ωt m )+y i cos(ωt m )≈x i ωt m +y i (2)其中,(x i ,y i )表示目标第i个散射中心在参考坐标系下的坐标,ω表示目标转动角速度,由于ISAR成像积累时间较短,且目标运动状态平稳,目标在成像时间内运动的转动分量可被视为匀速转动;由于脉冲重复时间较短,目标转动角较小,因此有sin(ωt m )≈ωt m 、cos(ωt m )≈1;将式(2)代入式(1)可得雷达近似二维回波 将 数字化后关于快时间 进行快速傅里叶变换得到目标一维距离像序列s′(f,t m );雷达信号在慢时间t m 内包含M个脉冲,快时间 内包含N个采样点,稀疏孔径信号包含L个脉冲,L<<M;对稀疏孔径条件下一维距离像序列s′(f,t m )建立如下降采样模型:Y=AX+W=PFX+W (3)其中 表示降采样后的一维距离像序列、 表示观测矩阵、 表示ISAR图像矩阵、 表示高斯白噪声矩阵; 表示傅里叶变换矩阵; 表示由0和1构成的降采样矩阵,令 表示被采样的距离像索引,则有 对于矩阵P第l行m列元素P l,m ,当向量s第l个元素s l =m时,有P l,m =1,否则P l,m =0,l=1,2,…,L; 表示L×N维复数矩阵, 表示L×M维实数矩阵, 表示L维实数向量;S2构建C-ADMMN前向传播模型:C-ADMMN由K级子网络级联构成,第k级子网络由三层网络层依次组成,分别为重构层、降噪层、乘子更新层,k=1,2,…,K1;而第K级子网络仅包含一层重构层;第k级子网络中,重构层输出X (k) 表示重构得到的ISAR图像,降噪层输出Z (k) 表示对X (k) 降噪后得到的结果,乘子更新层输出B (k) 表示更新后的拉格朗日乘子,网络最终输出为X (K) ;具体构建过程如下:S2.1构建重构层前向传播模型:在第u级子网络中,u=1,2,...,K,重构层前向传播过程可表示为式(4):X (u) =F(P H P+μ (u) I M ) -1 (P H Y-FB (u-1) -μ (u) FZ (u-1) ) (4)其中,I M 表示M×M维单位矩阵,μ (u) 表示第u级子网络待训练的惩罚参数;当u=1时,B (0) =0 M×N ,Z (0) =0 M×N ,其中0 M×N 表示M×N维的全0矩阵;重构层中惩罚参数训练过程在S3.1给出;S2.2构建降噪层前向传播模型:在第k级子网络中,降噪层前向传播过程可表示为:其中,S (·) (·)表示软门限函数,对任意复数标量x与实数门限t,都有 而对任意复数向量x与实数门限t,都有S t (x)=[S t (x 1 ),S t (x 2 ),...] T ,其中x i 代表复数向量x的第i个元素; 表示第k级子网络待训练的卷积核参数;符号*表示二维卷积操作;λ (k) 表示第k级子网络待训练的正则化参数;ε为一充分小的常量,用于避免产生奇异值;降噪层中卷积核参数与正则化参数的训练过程在S3.1给出;S2.3乘子更新层前向传播模型:在第k级子网络中,乘子更新层前向传播表达式如式(6)所示:B (k) =B (k-1) +μ (k) (X (k) -Z (k) ) (6)S3利用C-ADMMN求解结构化稀疏孔径ISAR成像问题:S3.1训练C-ADMMN网络:S3.1.1首先构建与实际应用场景相近的数据集,数据集中包含Q组稀疏孔径距离像数据Y q ,q=1,2,...,Q;每一组稀疏孔径距离像数据对应一组标签图像数据 S3.1.2对网络参数进行初始化;S3.1.3针对已构建的数据集,定义如下均方根误差损失函数:其中, 表示初始化后的C-ADMMN网络利用Y q 进行成像得到的结果, 表示初始化后的网络参数集合;针对式(7)损失函数,应用复数域反向传播算法计算出损失函数关于网络中任意参数 的梯度 求解得到梯度后,采用梯度下降算法,利用式(8)进行参数更新:其中η表示学习率;参数 分别表示对 进行一次梯度下降后的参数值;经梯度下降后,可得到更新后网络参数集合 并进一步利用式(7)计算参数更新后的损失函数 反复利用式(7)、式(8)对参数进行迭代更新,当满足终止条件时,训练过程结束,设此时迭代步骤为J,得到最终网络参数值 S3.2应用训练后的C-ADMMN网络重构ISAR图像:获取实际观测稀疏孔径雷达回波,通过快时间FFT得到稀疏孔径一维距离像序列;利用互相关法对一维距离像序列进行平动粗补偿,得到粗补偿后的一维距离像矩阵;将粗补偿后的一维距离像矩阵输入训练后的C-ADMMN网络,C-ADMMN网络的输出即为待求解的ISAR图像。
2.一种根据权利要求1所述基于C-ADMMN的结构化稀疏孔径ISAR成像方法,其特征在于:S2.2中,令ε=10 -6 。
3.一种根据权利要求1所述基于C-ADMMN的结构化稀疏孔径ISAR成像方法,其特征在于:S3.1.2中,将μ (k) 、λ (k) 、c (k) 、μ (K) 分别初始化为 其中
4.一种根据权利要求1所述基于C-ADMMN的结构化稀疏孔径ISAR成像方法,其特征在于:S3.1.3中,取η=10 -3 。
5.一种根据权利要求1所述基于C-ADMMN的结构化稀疏孔径ISAR成像方法,其特征在于:S3.1.3中,迭代终止条件为 且 且 且