bp投影算法实验报告

创新实验姓名：****班级：***********学号：**********雷达的后向投影算法一，实验目的学习matlab的基本用法和基本代码。用此软件画出雷达工作时的模拟图像。学习基本的雷达知识和一些关于电磁波的基本概念和算法。熟悉基本的雷达工作原理，学习BP成像算法，用matlab仿真出BP算法。了解合成孔径雷达成像的原理。二，实验内容。雷达：雷达，是英文Radar的音译，源于radiodetectionandranging的缩写，意思为无线电探测和测距，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达方程：利用已知的平台轨迹信息，计算成像空间中各散射点距离运动平台的距离历史，然后利用该距离历史在数据空间中提取包含该散射点散射系数信息的复数值，补偿该散射点的多普勒相位并相干累加，从而重BP算法：也称误差反向传播（ErrorBackPropagation,BP）算法。BP算法的基本思想是，学习过程由信号的正向传播与误差的反向传播两个过程组成。由于多层前馈网络的训练经常采用误差反向传播算法，人们也常把将多层前馈网络直接称为BP网络。后向投影算法（BackProjectionAlgorithm）是一种对时域回波数据进行成像处理的算法BP算法的基本思路：利用已知的平台轨迹信息，计算成像空间中各散射点距离运动平台的距离历史，然后利用该距离历史在数据空间中提取包含该散射点散射系数信息的复数值，补偿该散射点的多普勒相位并相干累加，从而重建该散射点信息。合成孔径概念；合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，也称综合孔径雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。真实孔径的小天线相对于目标运动，使得雷达天线能在等间隔的位置上发射、接收相干脉冲信号，对来自同一目标单元的回波信号进行叠加，从而获得窄波束。从效果来看，它等效于等间隔的天线阵元在空间上合成了一个长的实孔径天线，因而可以获得高分辨力。实际上是以时间为代价换的方位分辨力的提高。BP算法程序如下：clearall;closeall;%%参数设置nt=5000;%时间采样的点数c=3*10^8;%电磁波的传播速度target_pos_x=3;%目标的位置target_pos_y=2;%目标的位置TR_pos_num=24;%空间采样数T_pos_x=linspace(0,4.6,TR_pos_num);%发射天线的位置，都位于X轴上R_pos_x=linspace(0.2,4.8,TR_pos_num);%接收天线的位置，都位于X轴上%%回波信号%fori=1:TR_pos_num%delay_t_T(i)=sqrt((T_pos_x(i)-target_pos_x)^2+target_pos_y^2);%delay_t_R(i)=sqrt((R_pos_x(i)-target_pos_x)^2+target_pos_y^2);%delay_t(i)=delay_t_T(i)+delay_t_R(i);%enddelay_T=sqrt((T_pos_x-target_pos_x).^2+target_pos_y^2);%目标到发射天线的距离delay_R=sqrt((R_pos_x-target_pos_x).^2+target_pos_y^2);%目标到接收天线的距离delay_t=(delay_T+delay_R)/c;%目标的双程回波延时t=linspace(0,10*10^(-8),nt);sinc=sin(10^9.5*t)./(10^9.5*t);%发射信号forTR_pos_num_i=1:TR_pos_numecho(TR_pos_num_i,:)=sin(10^9.5*(t-delay_t(TR_pos_num_i)))./(10^9.5*(t-delay_t(TR_pos_num_i)));end%不同空间采样点接收的回波信号figure(1);plot(t,echo(15,:));title('第15个空间采样点的回波信号');xlabel('时间');ylabel('幅度');%%成像nx_num=256;ny_num=256;x=linspace(0,5,nx_num);y=linspace(0,5,ny_num);scene=zeros(nx_num,ny_num);%成像区域5m*5m，划分为256*256个像素点temp=zeros(nx_num,ny_num);forTR_pos_num_i=1:TR_pos_numform=1:nx_numforn=1:ny_numr1=sqrt((T_pos_x(TR_pos_num_i)-x(m))^2+y(n)^2);r2=sqrt((x(m)-R_pos_x(TR_pos_num_i))^2+y(n)^2);tao=(r1+r2)/c;%每个像素点到空间采样点的双程延时nn=round(tao*nt/(10*10^(-8)));scene(m,n)=scene(m,n)+echo(TR_pos_num_i,nn);temp(m,n)=temp(m,n)+echo(TR_pos_num_i,nn);endendtemp=abs(temp)/max(max(abs(temp)));figure;imagesc(x,y,abs(temp.'));title(['第',num2str(TR_pos_num_i),'个空间采样点的图像']);xlabel('x/m');ylabel('y/m');axisxy;axisequal;axistight;colormap;colorbar;pause(3);endscene=abs(scene)/max(max(abs(scene)));figure;imagesc(x,y,abs(scene.'));title('目标的图像');xlabel('x/m');ylabel('y/m');axisxy;axisequal;axistight;colormap;colorbar;四，实验结果处理。第15个空间采样点的回波信号空间采样点图像。123456789101112131415161718192021222324目标图像距离压缩对不同时刻接收到的回波信号进行距离压缩，实现观测目标在距离向的聚焦。计算延迟时间计算场景中每个像素点在某个方位时刻相对于雷达载机平台的延迟时间距离向数据插值距离向回波数据为离散形式，而步骤2中计算出的回波延时为实数，为了获得校为准确的信号回波信息，需要根据步骤2得到的回波延迟对距离向回波信号进行插值慢时间相干积累将不同方位向回波信号对所有像素点补偿其回波延迟，并进行相干积累得到每个像素点的散射信息。发送信号参数：辛格脉冲目标位置（3,2）天线阵列：24个单发单收像素点划分：256*256五，实验结论BP算法参考了“时延-叠加”的思想，在雷达应用中，其对雷达接收天线接收到的回波信号进行距离向匹配率，获取回波数据中包含的相幅信息，再通过IFFT进行逆傅里叶变换，获取收发天线组合的时延，最后累积信号相干相加得到目标函数。在雷达的应用中，利用BP算法可以较为清晰的查看雷达所成像分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物，判断成像物体。极大的提高了雷达的工作效率和利用率。如下面例子。