[發明專利]基于壓縮卡爾曼濾波的小場景雷達目標距離像估計方法

有效

• 申請號: 201310111620.8
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103235295A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 王敏;王偉;刁建鋒;張子敬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，涉及一種利用壓縮采樣和卡爾曼濾波器進行雷達成像的方法，可用于對小場景雷達目標距離像進行估計。

背景技術

傳統雷達在空間檢測、目標跟蹤和戰場偵查等各種軍事領域中發揮著極為重要的作用，各種軍事需求對雷達的功能提出了越來越高的要求，這也使得雷達系統越來越復雜，實現也越來越困難。為避免信息丟失，實現無失真恢復原始信號，奈奎斯特Nyquist采樣定理指出數-模轉換ADC的采樣速率必須至少等于兩倍的信號帶寬頻率。這無疑給信號處理的能力提出了更高的要求，也給相應的硬件設備帶來了極大的挑戰。比如在目前接收機設計中隨著分辨率的提高和帶寬的增加，對數字處理的AD變換器采樣頻率的要求越來越高。成本和技術上的限制，現有的模數轉換過程成為設計高性能和高分辨率雷達系統的主要限制因素之一。

最近幾年出現的壓縮感知CS理論表明，在原始信號在某個域上具有稀疏特性或可壓縮特性的條件下，可以突破上述的Nyquist采樣定理的限制，這使其在信號處理領域有著突出的優點和廣闊的應用前景。

由CS理論可知，是完全有可能突破傳統雷達信號采樣的Nyquist速率，實現雷達信號的低速率觀測，并且從中恢復目標信息，達到對目標進行檢測和參數測量的。因此CS理論在雷達信號處理方面有著非常重要的應用前景。對雷達目標回波的分析可知，首先觀測窗口內的目標散射中心數遠小于識別這些散射中心所需的數據樣本數。顯然，這種特性與CS對稀疏性的要求十分吻合，研究也表明基于稀疏特性的壓縮感知雷達具有高分辨的特點，其分辨率跟發射信號的帶寬不再是簡單的倒數關系。

同樣對雷達回波模型分析可知，在相干積累時間內，不同脈沖間接收到的噪聲信號、干擾在統計上是動態變化的，并且由于目標與雷達之間的相對運動，使得目標相對雷達的距離、多普勒、散射系數等信息也在不停的變化。綜合上述特點，雷達回波信號在不同脈沖時刻也是實時變化的，具有動態特性，可以利用狀態空間法對回波進行重建，然而上述的壓縮感知雷達由于沒有考慮回波間的動態特性，因而無法獲得更為突出的雷達成像結果；另一方面因為傳統的卡爾曼濾波器對大尺度信號存在計算量大的問題，利用狀態空間法對回波進行重建的方法不利于工程實現。

發明內容

本發明的目的在于克服針對上述已有技術的不足，提出一種基于壓縮卡爾曼濾波的小場景雷達目標距離像估計方法，以實現對目標距離像動態稀疏重構，提高距離像估計效果。

為實現上述目的，本發明提出的方案具體步驟如下：

1）假設待估計雷達距離像的距離單元數為L，散射點個數D＜＜L，第k個脈沖的小場景雷達回波信號為x_k，回波信號長度為N，對x_k進行壓縮采樣，獲得第k個脈沖的采樣數據q_k＝Φx_k，其中，N＝L+n，n為雷達發射信號的Nyquist采樣點數，Φ為M×N的壓縮采樣矩陣，M＜N，k＝1,2,…K，X為脈沖數；

2）假設目標與噪聲相互獨立，且噪聲服從均值為零的正態分布，在含有目標的距離單元附近，由僅含噪聲的時域回波壓縮采樣信號對噪聲的自相關矩陣R進行估計，得到R的估計值：其中代表第k次僅含噪聲的時域回波壓縮采樣信號，P為用于估計噪聲的自相關矩陣的壓縮采樣信號數；

3）以目標稀疏系數α為狀態矢量，建立線性近似的狀態空間模型：

αk=Aαk-1+wkyk=ΦΨαk+vk]]>