[發明專利]一種基于矩陣恢復的降采樣陣列信號處理方法

有效

• 申請號: 201410106241.4
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN103885035A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 朱圣棋;胡海洋;楊東;廖桂生;陶海紅;高永嬋;張學攀
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S7/40
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于雷達陣列信號處理技術領域，特別涉及一種基于矩陣恢復的降采樣陣列信號處理方法。

背景技術

陣列信號處理技術在軍事和民用上具有重要的使用價值和廣闊的應用前景，是世界各國雷達、聲納以及通信等技術研究的熱門領域。在陣列信號處理中，最常用的就是波達方向估計。對于理想的陣列天線，它的接收數據存在特定的關系，通道間的接收數據是相關的。

矩陣恢復（Matrix?Completation，簡記為MC）是繼壓縮感知之后，最近出現的新理論，它主要針對在滿足低秩特性的條件下的矩陣的重構問題。并且在最近的研究中已經驗證了：通過求解受限制的凸優化問題精確恢復低秩矩陣是可能的。通過對稀疏表示的分析顯示，利用有限測量結果的內在冗余性，即固有的信息稀疏性，可以對降采樣數據進行重構。在這種假設下，就可以運用一些基于矩陣恢復的方法恢復均勻線陣中未觀測到的數據。

針對陣列信號處理中的波達方向估計、波束形成等問題，目前已有的方法：1）基于MUSIC的傳統方法進行波達方向估計效果；當陣列天線的部分陣元失效時，估計效果會明顯退化。2）當目標加干擾的總數遠遠小于陣列天線的陣元數，且所有陣元正常工作時，結合矩陣恢復和陣列天線的每一個陣元進行低于奈奎斯特采樣率采樣，就可恢復出訓練數據矩陣的所有元素，然后進行波束形成。但是該方法需要的前提條件時，陣列天線的所有陣元均正常工作

可以看出，當陣列天線的部分陣元失效時，以上方法不能得到很好的波達方向估計效果。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于矩陣恢復的降采樣陣列信號處理方法。本發明能夠在雷達接收陣列的部分陣元失效的條件下，利用矩陣恢復理論對該條件下的原始接收數據進行恢復，并由恢復得到的采樣數據進行相關的陣列信號處理，如波達方向估計、陣元誤差校正。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案予以實現。

一種基于矩陣恢復的降采樣陣列信號處理方法包括以下步驟：

S1：利用雷達發射信號，雷達的接收陣列接收回波信號，所述雷達的接收陣列為均勻線陣，由M個陣元組成；在所述M個陣元中，存在部分失效陣元；所述回波信號的模型為：X(t)=a(θ)s(t)+N(t)，其中，N(t)表示設定的觀測噪聲，X(t)表示回波信號，X(t)=[x(t₁),...,x(t_i),...,x(t_N)]，t₁至t_N表示長度為N的時間序列，x(t_i)表示雷達在t_i時刻的接收信號，i取1至N；s(t)=[s(t₁),...,s(t_i),...,s(t_N)]，s(t_i)為雷達在t_i時刻的接收信號的幅度；a(θ)為雷達的接收陣列的導向矢量，并且有a(θ)=[a₁(θ),...,a_m(θ),...,a_M(θ)]^H，H表示矩陣的共軛轉置，a_m(θ)表示雷達的接收陣列中第m個陣元的導向矢量，m取1至M，θ為波達方向；

S2：分別恢復出x(t₁)至x(t_N)，得出整個回波信號X(t)；恢復雷達在t_i時刻的接收信號x(t_i)包括以下步驟：