[發(fā)明專利]基于稀疏重構(gòu)的寬帶雷達(dá)高速群目標(biāo)分辨方法有效

申請(qǐng)?zhí)枺?/td>	201510295972.2	申請(qǐng)日：	2015-06-02
公開(kāi)（公告）號(hào)：	CN104865568B	公開(kāi)（公告）日：	2017-05-24
發(fā)明（設(shè)計(jì)）人：	劉宏偉;戴奉周;洪靈;王鵬輝	申請(qǐng)（專利權(quán)）人：	西安電子科技大學(xué)
主分類號(hào)：	G01S13/52	分類號(hào)：	G01S13/52
代理公司：	西安睿通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)61218	代理人：	惠文軒
地址：	710071***	國(guó)省代碼：	陜西;61
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摘要：
搜索關(guān)鍵詞：	基于稀疏寬帶雷達(dá) 高速目標(biāo) 分辨方法
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【權(quán)利要求書(shū)】：

1.一種基于稀疏重構(gòu)的寬帶雷達(dá)高速群目標(biāo)分辨方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，對(duì)空間高速群目標(biāo)的寬帶雷達(dá)回波信號(hào)作keystone變換，keystone變換通過(guò)chirp-z變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，得到存在多普勒模糊的距離頻率域的空間高速群目標(biāo)的第m次寬帶雷達(dá)回波信號(hào)的離散頻譜S_CZT(m，n)；并對(duì)S_CZT(m，n)進(jìn)行去耦處理，得到去耦后的離散頻譜S_FT(m，n)；再對(duì)S_FT(m，n)做二維傅立葉變換，得到空間高速群目標(biāo)的距離多普勒二維復(fù)幅度矩陣G_MN；其中，n是距離頻率f對(duì)應(yīng)的離散變量，M為相參處理時(shí)間內(nèi)的相參脈沖個(gè)數(shù)，N為采樣點(diǎn)數(shù)；

步驟2，根據(jù)chirp-z變換后，存在多普勒模糊的距離頻率域的空間高速群目標(biāo)的第m次寬帶雷達(dá)回波信號(hào)的離散頻譜S_CZT(m，n)，推導(dǎo)得到觀測(cè)數(shù)據(jù)矩陣X_CZT和空間高速群目標(biāo)的距離多普勒二維復(fù)幅度矩陣G_MN的關(guān)系式；

步驟3，考慮多普勒模糊次數(shù)不同時(shí)，推導(dǎo)觀測(cè)數(shù)據(jù)矩陣X_CZT和多普勒模糊次數(shù)不同時(shí)空間高速群目標(biāo)的距離多普勒二維復(fù)幅度矩陣G′_(M×L)N的關(guān)系式；

步驟4，將考慮多普勒模糊次數(shù)不同時(shí)的空間高速群目標(biāo)的檢測(cè)與分辨問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為稀疏優(yōu)化問(wèn)題，并求解得到多普勒模糊次數(shù)不同時(shí)空間高速群目標(biāo)的距離多普勒二維復(fù)幅度矩陣G′_(M×L)N，L為多普勒模糊值的個(gè)數(shù)；

步驟5，根據(jù)多普勒模糊次數(shù)不同時(shí)空間高速群目標(biāo)的距離多普勒二維復(fù)幅度矩陣G′_(M×L)N，繪制空間高速群目標(biāo)的距離多普勒平面，實(shí)現(xiàn)空間高速群目標(biāo)的相參積累和分辨。

2.如權(quán)利要求1所述的基于稀疏重構(gòu)的寬帶雷達(dá)高速群目標(biāo)分辨方法，其特征在于，所述步驟2的具體子步驟為：

2.1設(shè)x_CZT(m，n)＝S_CZT(m，n)+w(m，n)，其中，x_CZT(m，n)是chirp-z變換后，存在多普勒模糊的距離頻率域的空間高速群目標(biāo)的第m次寬帶雷達(dá)回波信號(hào)的含噪離散頻譜，S_CZT(m，n)是存在多普勒模糊的距離頻率域的空間高速群目標(biāo)的第m次寬帶雷達(dá)回波信號(hào)的離散頻譜，w(m，n)是觀測(cè)噪聲；

定義chirp-z變換后，存在多普勒模糊的距離頻率域的空間高速群目標(biāo)的M次寬帶雷達(dá)回波信號(hào)的含噪離散頻譜的第n個(gè)頻點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)列矢量為

$<mrow><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow><mi>n</mi></msubsup><mo>=</mo><msup><mfenced open = "[" close = "]"><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd><mrow><mo>...</mo><mo>,</mo></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mi>T</mi></msup></mrow>$

其中，的維度為M×1；

將N個(gè)頻點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)列矢量排列成觀測(cè)數(shù)據(jù)矩陣X_CZT為

$<mrow><msub><mi>X</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow><mn>0</mn></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup></mtd><mtd><mo>...</mo></mtd><mtd><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow>$

其中，觀測(cè)數(shù)據(jù)矩陣X_CZT的維度為M×N；

2.2根據(jù)去耦后的離散頻譜S_FT(m，n)，當(dāng)不存在多普勒模糊時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)矩陣X_CZT和空間高速群目標(biāo)的距離多普勒二維復(fù)幅度矩陣G_MN之間的關(guān)系式為

$<mrow><msub><mi>X</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></mrow></msub><msub><mi>G</mi><mrow><mi>M</mi><mi>N</mi></mrow></msub><msubsup><mi>F</mi><mrow><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>n</mi><mi>g</mi><mi>e</mi></mrow><mi>H</mi></msubsup><mo>+</mo><mi>W</mi></mrow>$

其中，F(xiàn)_time是慢時(shí)間維離散傅立葉變換矩陣，維度為M×M，F(xiàn)_range是距離頻率維離散傅立葉變換矩陣，維度為N×N，W是觀測(cè)噪聲構(gòu)成的矩陣；

將等式兩邊都矢量化，得：

$<mfenced open = "" close = ""><mtable><mtr><mtd><mrow><mi>v</mi><mi>e</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>v</mi><mi>e</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></mrow></msub><msub><mi>G</mi><mrow><mi>M</mi><mi>N</mi></mrow></msub><msubsup><mi>F</mi><mrow><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>n</mi><mi>g</mi><mi>e</mi></mrow><mi>H</mi></msubsup><mo>+</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>I</mi><mi>N</mi></msub><mo>&CircleTimes;</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>F</mi><mrow><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>n</mi><mi>g</mi><mi>e</mi></mrow><mi>H</mi></msubsup><mo>&CircleTimes;</mo><msub><mi>I</mi><mi>M</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mi>v</mi><mi>e</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>G</mi><mrow><mi>M</mi><mi>N</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>v</mi><mi>e</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced>$

其中，vec(·)是對(duì)觀括弧內(nèi)矩陣進(jìn)行矢量化處理，I_N是N維單位矩陣，I_M是M維單位矩陣，表示兩個(gè)矩陣的克羅內(nèi)克積；

2.3當(dāng)空間高速群目標(biāo)存在多普勒模糊，且多普勒模糊次數(shù)已知時(shí)，對(duì)多普勒模糊進(jìn)行補(bǔ)償，完成多普勒頻率F_ni與離散距離頻率f_n的去耦，去耦后的觀測(cè)數(shù)據(jù)矩陣X_CZT和空間高速群目標(biāo)的距離多普勒二維復(fù)幅度矩陣G_MN的關(guān)系式為：

$<mrow><mi>v</mi><mi>e</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mrow><mi>C</mi><mi>Z</mi><mi>T</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>a</mi><mi>g</mi><mfenced open = "(" close = ")"><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>Λ</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>F</mi><mrow><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow></mtd><mtd><mrow><msub><mi>Λ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>F</mi><mrow><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow></mtd><mtd><mo>...</mo></mtd><mtd><mrow><msub><mi>Λ</mi><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>F</mi><mrow><mi>t</mi><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>e</mi></mrow></msub></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>F</mi><mrow><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>n</mi><mi>g</mi><mi>e</mi></mrow><mi>H</mi></msubsup><mo>&CircleTimes;</mo><msub><mi>I</mi><mi>M</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mi>v</mi><mi>e</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>G</mi><mrow><mi>M</mi><mi>N</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>v</mi><mi>e</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>$

其中，diag(·)表示對(duì)角矩陣，以括弧中的各矩陣為該對(duì)角矩陣的對(duì)角線元素，矩陣Λ_n是多普勒模糊補(bǔ)償因子的共軛構(gòu)成的對(duì)角矩陣，其表達(dá)式為：

$<mrow><msub><mi>Λ</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>a</mi><mi>g</mi><mfenced open = "(" close = ")"><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mo>...</mo></mtd><mtd><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><mfrac><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub><mrow><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>f</mi><mi>n</mi></msub></mrow></mfrac><msub><mi>A</mi><mi>n</mi></msub><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd><mtd><mo>...</mo></mtd><mtd><mrow><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>-</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><mfrac><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub><mrow><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>f</mi><mi>n</mi></msub></mrow></mfrac><msub><mi>A</mi><mi>n</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>$

其中，diag(·)表示對(duì)角矩陣，以括弧中的各元素為該對(duì)角矩陣的對(duì)角線元素，f_c為載頻，f_n為離散距離頻率，A_n為多普勒模糊次數(shù)的搜索值。

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專利分類

G 物理

G01 測(cè)量；測(cè)試
G01S 無(wú)線電定向；無(wú)線電導(dǎo)航；采用無(wú)線電波測(cè)距或測(cè)速；采用無(wú)線電波的反射或再輻射的定位或存在檢測(cè)；采用其他波的類似裝置
G01S13-00 使用無(wú)線電波的反射或再輻射的系統(tǒng)，例如雷達(dá)系統(tǒng)；利用波的性質(zhì)或波長(zhǎng)是無(wú)關(guān)的或未指明的波的反射或再輻射的類似系統(tǒng)
G01S13-02 .利用無(wú)線電波反射的系統(tǒng)，例如，初級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)；類似的系統(tǒng)
G01S13-66 .雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)；類似系統(tǒng)
G01S13-74 .應(yīng)用無(wú)線電波再輻射的系統(tǒng)，例如二次雷達(dá)系統(tǒng)；類似系統(tǒng)
G01S13-86 .雷達(dá)系統(tǒng)與非雷達(dá)系統(tǒng)
G01S13-87 .雷達(dá)系統(tǒng)的組合，例如一次雷達(dá)與二次雷達(dá)

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