基于压缩感知理论的稀疏遥感成像系统设计36704

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1、万方数据第32卷第8期系统工程与电子技术V01．32No．82010年8月SystemsEngineeringandElectronicsAugust2010文章编号：i001—506X(2010)08—1618—06基于压缩感知理论的稀疏遥感成像系统设计刘吉英，朱炬波，严奉霞，张增辉(国防科学技术大学理学院数学与系统科学系，湖南长沙410073)摘要：高分辨率的应用需求使得传统的遥感成像系统面临高速率采样、海量数据存储等难以突破的瓶颈问题。基于压缩感知理论设计的雷达和光学稀疏遥感成像系统，突破了Shannon-Nyquist定理的限制，以

2、较少的测量数据实现了同等甚至更高质量的信号重构。首先，根据被测目标和场景的不同特性，分别设计了稀疏表示矩阵；其次，根据互相关最小化原则，选择了与稀疏表示矩阵相适应的最优感知矩阵；最后，研究了适用于二维成像大规模数据的稀疏重构算法。专业电磁散射仿真软件生成的雷达观测数据和复杂场景光学图像的数值仿真，验证了本文设计的稀疏遥感成像系统原理上的可行性。关键词：压缩感知；合成孔径雷达；光学成像；稀疏表示I感知矩阵中图分类号：TP770文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1001-506X．2010．08．14Designofremot

3、esensingimagingsystembasedoncompressivesensingLIUJi—ying，ZHUJu—bo，YANFeng—xia，ZHANGZeng—hui(Dept．ofMathematicsandSystemsScience，Coll．ofScience，NationalUniv．ofDefenseTechnology，Changsha410073，China)Abstract：Theconventionalremotesensingsystemisfacedwithsomeintractableproblem

4、s，suchashighspeedsamplingandmassdatastorage，owingtOtherequirementofhighresolution．Thesyntheticaperturera—darandtheopticalsparseremotesensingsystemsaredesignedbasedoncompressivesensing，theybreakthroughthelimitationofShannon-Nyquisttheoremandrealizeaequivalentorevenbettersig

5、nalrecoverybasedonmuchfewermeasurements．Firstly，thesparserepresentationmatrixisdesignedaccordingtOdifferentchar—acteristicsofthemeasuredtargetsandscenes．Secondly，byminimizingthecross-correlation，thesensingma—trixisselectedwhichcorrespondstOthesparserepresentationmatrix．Fin

6、ally，arecoveryalgorithmsuitabletOlarge-scaleproblemsisinvestigated．Thefeasibilityofthedesignedsparseremotesensingsystemsisvalidatedbythenumericalexperimentsbasedonradarechogeneratedbyaprofessionalelectromagneticscatteringsoft—wareandtheopticalimageofcomplexscenes．Keywords：

7、compressivesensing；syntheticapertureradar；opticslimaging；sparserepresentation；sensingmatrix0引言高分辨观测等应用需求使得基于Shannon-Nyquist定理建立的传统遥感成像系统面临高速率采样、海量数据存储等瓶颈问题。压缩感知理论[1刮提供了一种新的图像获取、重构方式，使人们能以更少的探测器、采样率、数据量和功耗，得到与传统成像体制相当，甚至更高质量(如分辨率、信噪比等)的图像。压缩感知的基本原理可概括为：利用原信号在特定感知矩阵上的投影作为测量数

8、据，采用稀疏约束重构算法可恢复原信号，且恢复所需的测量数据的维数取决于原信号的在某种变换域上稀疏性或可压缩性，而非传统意义上的信号带宽。压缩感知理论自提出以来，在雷达、光学遥感成