基于非规则采样的无源毫米波成像和图像的稀疏重构算法研究

摘要

毫米波无源成像利用目标与场景在毫米波段的自身辐射差异进行成像,在超低空反隐身、场景监控、安全检查等领域有着广泛的应用前景。而传统的探测成像方式在技术、系统硬件复杂度和成本等方面面临着诸多问题,实际中难以采用。
　　由于在超低空反隐身、场景监控、安全检查等应用中,大量区域不包含强散射点,无源毫米波图像频谱主要集中在低频部分,其表现出了典型的稀疏特征,因此,基于非规则采样的无源毫米波成像技术提供了解决途径。本论文针对非规则采样技术以及图像的稀疏重构算法的研究开展如下工作:
　　1.研究了非规则采样理论和无源毫米波成像的基本理论,给出了基于非规则采样的无源毫米波成像系统的数学模型。
　　2.研究了分块非规则采样的理论,分析了采用分块重构模型时重构图像中块效应等现象产生的原因,在分块重构模型中引入了排序算子,并重新设计测量矩阵,引出了分块采样和全局重构的模型,该模型可有效地消除了块效应等现象。
　　3.针对?0范数的优化问题所得的重构图像质量不够好等问题,研究了不动点迭代算法,引入延拓策略后,给出了基于混合范数的不动点延拓算法,分析研究了不动点延拓算法的收敛性,与不动点迭代算法相比,不动点延拓算法实现了重构性能的提升。
　　4.针对不动点延拓算法无法求解大规模的稀疏(稀疏度不够大)问题,在不动点延拓算法的基础上,引入非单调线搜索方法并进行子空间优化,给出了基于?1最优化问题的有效集稀疏重构算法。
　　最后通过仿真实验表明:相对于分块重构,基于分块采样和全局重构的模型有效消除了重构图像中的块效应现象;基于?1范数的不动点延拓算法重构性能优于基于?0范数重构算法,而有效集稀疏重构算法的重构效果相对于前两种算法所得的重构图像质量更优。

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第一章 绪 论

1.1 研究的背景与意义

1.2国内外发展动态

第二章 基于非规则采样的无源毫米波成像基础理论概述

2.1 无源毫米波成像理论

2.2非规则采样理论

2.3图像质量评价方法

2.4基于非规则采样的无源毫米波成像的系统模型

2.5本章小结

第三章 基于分块采样和全局重构模型的梯度投影算法研究

3.1分块非规则采样

3.2基于分块非规则采样的全局重构模型分析

3.3基于分块采样和全局重构模型的梯度投影算法研究

3.4算法仿真与结果分析

3.5 本章小结

第四章 不动点延拓算法的研究

4.1 不动点延拓算法求解的最优化问题分析

4.2凸函数的最优性和最优解集分析

4.3不动点延拓算法的研究

4.4算法仿真结果及分析

第五章 基于有效集的快速稀疏重构算法研究

5.1不动点迭代算法对最优化问题的初始化

5.2 非单调线搜索算法的分析

5.3子空间优化阶段的研究

5.4延拓策略的引入

5.5算法仿真结果及分析

5.6 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果