[發(fā)明專利]一種非參數(shù)化數(shù)字電視外輻射源雷達多普勒擴散補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710277987.5
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107144825B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 王俊;宋海婷;王玨;別靜;蘇思元;陳剛
• 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;G01S13/00
• 代理公司: 西安睿通知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.一種非參數(shù)化數(shù)字電視外輻射源雷達多普勒擴散補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立雙基地觀測模型，所述雙基地觀測模型包括發(fā)射源、接收站，發(fā)射源為數(shù)字電視外輻射源，接收站為車載接收站，雙基地觀測模型的檢測區(qū)域內(nèi)存在目標，發(fā)射源發(fā)射數(shù)字電視外輻射源信號，接收站接收信號，接收站接收的信號包括目標回波信號、多徑雜波與噪聲、直達波信號；

步驟2，根據(jù)雙基地觀測模型，在接收站接收的信號中獲取直達波信號和含有干擾信號的目標回波信號，所述含有干擾信號的目標回波信號包含多徑雜波與噪聲、直達波信號和目標回波信號，并將獲取的直達波信號記為參考信號S_ref(t)，t為時間變量；

步驟3，對含有干擾信號的目標回波信號進行雜波抑制處理，去除含有干擾信號的目標回波信號中包含的多徑雜波與噪聲、直達波信號，進而得到雜波抑制處理后的目標回波信號；

步驟4，對雜波抑制處理后的目標回波信號與參考信號進行距離-多普勒二維相關處理，得到距離-多普勒二維相關矩陣；

步驟5，將目標的雙基地距離表示為r(t)，并根據(jù)距離-多普勒二維相關矩陣，得到距離-多普勒二維相關處理后含高階相位的距離-多普勒二維相關矩陣；

步驟6，定義均方誤差函數(shù)，并根據(jù)距離-多普勒二維相關處理后含高階相位的距離-多普勒二維相關矩陣，分別得到目標在時延維的峰值位置處對應的距離-多普勒二維矩陣和優(yōu)化相位誤差矩陣；

具體的，步驟6的子步驟為：

6a)利用傅里葉基矩陣對目標在時延維的峰值位置對應的距離壓縮處理后的目標回波信號u(τ'_m,t)進行變換處理：

其中，U_m表示目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣，表示傅里葉基矩陣，Y_m表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣，其表達式分別為：

其中，令i∈{1,2,…,n}，u(τ'_m,t_i)表示目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣U_m的第i行分量，f_i表示傅里葉基矩陣的第i列頻率，t_i表示時間變量t的第i個時刻，n表示時間變量t包含的時刻個數(shù)，分別與U_m的總行數(shù)、傅里葉基矩陣的總列數(shù)、Y_m在多普勒維中包含多普勒頻率單元總個數(shù)取值相等；y(τ'_m,f_di)表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣的第i行分量，f_di表示Y_m在多普勒維中的第i個多普勒頻率單元；

6b)將距離壓縮處理后的目標回波信號u(△τ,t)在原來的基礎上變?yōu)椴⒖夹盘朣_ref(t)的延時△τ替換為目標在時延維的峰值位置τ'_m，進而得到目標在時延維的峰值位置τ'_m處含高階相位的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣其表達式為：

其中，Γ表示以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣，表示傅里葉基矩陣，Y_m表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣，其表達式分別為：

其中，令i∈{1,2,…,n}，n表示時間變量t包含的時刻個數(shù)，分別與的總行數(shù)、Γ包含的非參數(shù)化相位誤差變量總個數(shù)取值相等；表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處含高階相位的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣的第i行分量，△(t_i)表示以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第i個非參數(shù)化相位誤差變量；

6c)定義均方誤差函數(shù)為e(△(t))：

其中，令△(t)表示以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的非參數(shù)化相位誤差變量，表示求2-范數(shù)操作，n表示時間變量t包含的時刻個數(shù)，分別與U_m的總行數(shù)、的總行數(shù)取值相等；u(τ'_m,t_i)表示目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣U_m的第i行分量，表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處含高階相位的目標回波信號矩陣的第i行分量，U_m表示目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣，表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處含高階相位的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣；

6d)使用均方誤差函數(shù)e(△(t))對以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第i個非參數(shù)化相位誤差變量△(t_i)求偏導，并令偏導后的結果為0，即：

根據(jù)均方誤差函數(shù)e(△(t))的表達式，進而得到：

其中，i∈{1,2,…,n}，n表示時間變量t包含的時刻個數(shù)，分別與雜波抑制處理后的目標回波信號長度、Γ的相位誤差變量總個數(shù)、的總行數(shù)取值相等；表示求2-范數(shù)操作，|·|^H表示求·共軛轉(zhuǎn)置，Im(·)表示求·虛部，△(t_i)表示以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第i個非參數(shù)化相位誤差變量，表示傅里葉基矩陣的第i行分量；對均方誤差函數(shù)e(△(t))求導之后得到以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第i個非參數(shù)化相位誤差變量△(t_i)：

其中，i∈{1,2,…,n}，n表示時間變量t包含的時刻個數(shù)，與傅里葉基矩陣的總行數(shù)取值相等；表示的相位，d為隨機整數(shù)，Y_m表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣；

將表示為以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第i個優(yōu)化相位誤差變量，所述優(yōu)化相位誤差變量用于多普勒擴散補償；

6e)令i分別取1至n，重復6d)，分別得到以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第1個優(yōu)化相位誤差變量至以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第n個優(yōu)化相位誤差變量記為n個優(yōu)化相位誤差分量，進而得到以n個優(yōu)化相位誤差分量為主對角線的方陣，記為優(yōu)化相位誤差矩陣n表示時間變量t包含的時刻個數(shù)，與優(yōu)化相位誤差變量總個數(shù)取值相等；

步驟7，使用優(yōu)化相位誤差矩陣對目標在時延維的峰值位置處對應的距離-多普勒二維矩陣進行多普勒擴散補償處理，進而得到多普勒擴散補償后目標的多普勒頻率；

具體的，步驟7的子步驟為：

7a)初始化：l表示第l次迭代，l的初始值為1；分別令U_m0表示目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的初始目標回波信號矩陣，令Y_m0表示目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的初始距離-多普勒二維矩陣；優(yōu)化相位誤差矩陣的表達式為：diag表示對角矩陣，e為指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)單位，為以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第i個優(yōu)化相位誤差變量，i∈{1,2,…,n}，n表示時間變量t包含的時刻個數(shù)，與優(yōu)化相位誤差變量總個數(shù)取值相等；

根據(jù)將中的Y_m替換為Y_m0，將中的目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣U_m的第i行分量u(τ'_m,t_i)替換為目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的初始目標回波信號矩陣U_m0的第i行分量，進而得到以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第i個優(yōu)化相位誤差變量初始值令i分別取1至n，進而分別得到以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第1個優(yōu)化相位誤差變量初始值至以相位誤差為主對角線的相位誤差方陣Γ的第n個優(yōu)化相位誤差變量初始值即得到優(yōu)化相位誤差矩陣的初始值

7b)計算第l次迭代后目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣U_m(l-1)為第l-1次迭代后目標在時延維的峰值位置τ'_m處的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣，為第l-1次迭代后的優(yōu)化相位誤差矩陣，|·|^H表示求·共軛轉(zhuǎn)置；

對第l次迭代后目標在時延維的峰值位置τ'_m對應的距離壓縮處理后的目標回波信號矩陣進行快速傅里葉變換，得到第l次迭代后目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣所述的第l次迭代后目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣為經(jīng)過l次相位誤差補償操作后的距離-多普勒二維矩陣，每次迭代對應一次相位誤差補償操作，所述相位誤差補償操作為多普勒擴散補償操作；

7c)判斷第l次迭代后目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣是否滿足如下迭代終止條件表達式：

其中，表示求2-范數(shù)操作，ε表示設定的精度閾值；如果滿足迭代終止條件表達式，則迭代停止，循環(huán)結束，執(zhí)行7d)；否則，令l加1，返回步驟7b)；

7d)將迭代停止時對應的第l次迭代后目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的距離-多普勒二維矩陣作為目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的最終距離-多普勒二維矩陣并得到目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的最終距離-多普勒二維圖，所述目標在時延維的峰值位置τ'_m處對應的最終距離-多普勒二維圖為目標在時延維的峰值位置τ'_m處經(jīng)過多普勒擴散補償后的距離-多普勒二維圖，獲取所述最終距離-多普勒二維圖的峰值，其中所述最終距離-多普勒二維圖的峰值在多普勒維的坐標，即為多普勒擴散補償后目標的多普勒頻率。