具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了上述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

雷达系统的检测能力都是基于成像处理的结果，在相关技术中，成像方法大都采用匹配滤波的处理方法，该成像方法会使得强散射目标具有较强的频谱能量泄露，在成像结果上表现出较强旁瓣形成的长条状影响，会造成强目标遮蔽小目标，以及多目标之间的相互干扰情况出现。如何有效提高跑道异物检测雷达系统的成像质量，为检测处理提高更好的先决条件成为应用亟待解决的问题之一。

有鉴于此，本公开的实施例提供了一种应用于机场跑道异物检测雷达的压缩成像处理方法，主要应用于机场跑道异物检测雷达系统的自动成像处理和目标检测，在一定程度上提高成像质量，保证了异物检测雷达成像性能提高和旁瓣抑制的需求。

具体地，本公开的实施例提供了一种雷达的压缩成像处理方法，包括：通过使用雷达对位于目标方位向的机场区域进行扫描，获取机场区域的距离向测量信号；基于预设随机分布，构建距离向测量信号的测量矩阵；根据测量矩阵和预设字典矩阵，构建距离向测量信号的感知矩阵；基于感知矩阵对距离向测量信号进行稀疏重构，得到距离向重构信号；以及使用距离向重构信号进行压缩成像，得到机场区域的成像结果，其中，成像结果用于机场区域内外来物的目标检测和跟踪处理。

图1示意性示出了根据本公开实施例的雷达的压缩成像处理方法的流程示意图。

如图1所示，该方法包括操作S101～S105。

在操作S101，通过使用雷达对位于目标方位向的机场区域进行扫描，获取机场区域的距离向测量信号。

根据本公开的实施例，雷达可以是任意类型的连续波雷达，例如，该雷达可以是工作在毫米波段的FOD雷达，其具备扫描转动能力，可以进行机场区域扫描照射获得雷达回波信号数据。

在操作S102，基于预设随机分布，构建距离向测量信号的测量矩阵。

根据本公开的实施例，测量矩阵可以是任意满足有限等距约束的矩阵，在此不作限定。

在操作S103，根据测量矩阵和预设字典矩阵，构建距离向测量信号的感知矩阵。

在操作S104，基于感知矩阵对距离向测量信号进行稀疏重构，得到距离向重构信号。

在操作S105，使用距离向重构信号进行压缩成像，得到机场区域的成像结果。

根据本公开的实施例，对于目标方位向上扫描得到的机场区域的距离向测量信号，使用预设测量矩阵和符合预设随机分布的测量矩阵来构建感知矩阵，并使用感知矩阵对该距离向测量信号进行稀疏重构，之后利用重构得到的距离向重构信号进行压缩成像，可以获取机场区域的成像结果。通过上述技术手段，至少部分地克服了相关技术中存在的强目标遮蔽小目标、多目标之间相互干扰的技术问题，有效提升了成像结果的成像质量和距离向分辨率。

根据本公开的实施例，根据测量矩阵和预设字典矩阵，构建距离向测量信号的感知矩阵，包括：

根据公式(1)构建距离向测量信号的感知矩阵：

Θ＝ΦΨ (1)

其中，Θ表示感知矩阵；Φ表示测量矩阵；Ψ表示预设字典矩阵。

根据本公开的实施例，有限等距常数可以取0～1之间的任意值，例如，可以取为0.414。

根据本公开的实施例，可以通过使用预设随机分布构建测量矩阵的方式，使得构建得到的测量矩阵满足有限等距约束。

根据本公开的实施例，感知矩阵满足如公式(2)所示的有限等距约束：

其中，δ_L表示有限等距常数；z表示稀疏信号。

根据本公开的实施例，预设随机分布可以包括伯努利分布、高斯分布、随机部分单位分布、随机部分阿达玛分布和托普利茨分布等。

根据本公开的实施例，基于感知矩阵对距离向测量信号进行稀疏重构，得到距离向重构信号，包括：使用稀疏重构算法，计算得到距离向测量信号在感知矩阵作用下表达得到的稀疏系数；以及基于稀疏系数和预设字典矩阵，重构得到距离向重构信号。

根据本公开的实施例，稀疏重构算法包括l₀范数最小化算法；

其中，使用稀疏重构算法，计算得到距离向测量信号在感知矩阵作用下表达得到的稀疏系数，包括：

以距离向测量信号与感知矩阵为约束，计算稀疏系数的0范数优化，如公式(3)所示：

min||s||₀s.t.y＝Θs (3)

其中，y表示距离向测量信号，s表示稀疏系数。

根据本公开的实施例，稀疏重构算法还包括贪婪算法、l₁范数优化的BP算法和l_p范数最小化算法中的任意一种，其中，p＞0。

根据本公开的实施例，基于稀疏系数和预设字典矩阵重构得到距离向重构信号，包括：

通过公式(4)重构得到距离向重构信号：

其中，x表示距离向重构信号。

根据本公开的实施例，预设字典矩阵包括正交基，正交基包括如公式(5)所示的离散傅里叶变换基：

其中，W_N表示为

压缩成像处理方法的感知矩阵构建和重构算法实现提高了距离向分辨率，有效地抑制强散射目标的旁瓣效应，减少了多目标情况下相互间的影响。

图2A示意性示出了相关技术中雷达成像方法的成像结果示意图。

如图2A所示，此次雷达成像的目标为在机场停机坪道面上金属球异物，金属球异物与雷达的距离为30.5m，在处理过程中使用了匹配滤波的处理方法。

图2A的成像结果明显受基线影响，在存在弱散射目标的情况下，很难明确成像结果中出现的波峰表征基线或是表征该弱散射目标；另一方面，成像结果中表征金属球异物的波峰的半峰宽较大，明显地，在该金属球异物附近存在弱散射目标的情况下，该弱散射目标有较大的可能性被遮盖。

图2B示意性示出了根据本公开实施例的雷达的压缩成像处理方法的成像结果示意图。

如图2B所示，此次雷达成像的目标为在机场停机坪道面上金属球异物，金属球异物与雷达的距离为30.5m。

图2B的成像结果的基线基本为一条直线，受基线的影响较小，成像结果中表征金属球异物的波峰的半峰宽较小，且波峰的幅值较大。

将图2A和图2B的结果进行对比，可以发现压缩成像结果明显优于传统成像结果，在保障细节重建信息的同时有效抑制了强散射目标的旁瓣影响。

通过技术手段，至少部分地克服了相关技术中存在的强目标遮蔽小目标、多目标之间相互干扰的技术问题，有效提升了成像结果的成像质量和距离向分辨率。

图3示意性示出了根据本公开实施例的雷达的压缩成像处理装置300的框图。

如图3所示，用于雷达技术领域的雷达成像装置300可以接收扫描模块301、第一处理模块302、第二处理模块303、第三处理模块304、成像模块305。

扫描模块301，用于通过使用雷达对位于目标方位向的机场区域进行扫描，获取所述机场区域的距离向测量信号；第一处理模块302，用于根据预设随机分布构建所述距离向测量信号的测量矩阵；第二处理模块303，用于根据所述测量矩阵和预设字典矩阵构建所述距离向测量信号的感知矩阵；第三处理模块304，用于基于所述感知矩阵对所述距离向测量信号进行稀疏重构，得到距离向重构信号；以及成像模块305，用于基于所述距离向重构信号进行压缩成像，得到所述机场区域的成像结果，其中，所述成像结果用于所述机场区域内外来物的目标检测和跟踪处理。

根据本公开的实施例，对于目标方位向上扫描得到的机场区域的距离向测量信号，使用预设测量矩阵和符合预设随机分布的测量矩阵来构建感知矩阵，并使用感知矩阵对该距离向测量信号进行稀疏重构，之后利用重构得到的距离向重构信号进行压缩成像，可以获取机场区域的成像结果。通过上述技术手段，至少部分地克服了相关技术中存在的强目标遮蔽小目标、多目标之间相互干扰的技术问题，有效提升了成像结果的成像质量和距离向分辨率。

根据本公开的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

需要说明的是，本公开的实施例中雷达成像装置部分与本公开的实施例中雷达成像方法部分是相对应的，雷达成像装置部分的描述具体参考雷达成像方法部分，在此不再赘述。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。