[發(fā)明專利]基于壓縮感知的MIMO雷達(dá)波形分離方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710293690.8
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107037409B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡曉偉;童寧寧;張永順;郭藝奪;王宇晨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類號: G01S7/32
• 分類號: G01S7/32
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知的MIMO雷達(dá)波形分離方法，包括：(1)發(fā)射正交波形；(2)接收目標(biāo)回波；(3)構(gòu)建感知矩陣；(4)稀疏重構(gòu)目標(biāo)一維距離像。本發(fā)明基于雷達(dá)目標(biāo)在距離向上的稀疏性，通過構(gòu)建與發(fā)射波形集相關(guān)的感知矩陣，利用聯(lián)合稀疏恢復(fù)算法實(shí)現(xiàn)了對MIMO雷達(dá)回波中不同波形分量的正交分離。該方法替代了傳統(tǒng)的匹配濾波過程，有效抑制了波形非正交所導(dǎo)致的距離向高旁瓣，同時(shí)突破了信號帶寬對距離分辨率的限制，提高了距離分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于壓縮感知的MIMO雷達(dá)波形分離方法。

背景技術(shù)

多輸入輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷達(dá)采用多發(fā)多收體制，各個(gè)發(fā)射天線輻射相互正交的波形，每個(gè)接收天線接收所有發(fā)射信號并在后端對不同發(fā)射波形對應(yīng)的回波分量進(jìn)行分離，從而能夠得到遠(yuǎn)多于實(shí)際收、發(fā)陣元數(shù)目的觀測通道和自由度。利用MIMO雷達(dá)形成的虛擬陣列，有望實(shí)現(xiàn)短時(shí)觀測甚至單快拍照射下的運(yùn)動目標(biāo)成像，從而避免復(fù)雜的平動補(bǔ)償問題。

波形分離是MIMO雷達(dá)信號處理的基礎(chǔ)，直接影響后續(xù)成像的效果。MIMO雷達(dá)通常在每個(gè)接收端設(shè)計(jì)一組與發(fā)射波形相匹配的濾波器組，從而實(shí)現(xiàn)對回波中不同波形分量的分離。在MIMO雷達(dá)成像中，發(fā)射波形通常采用同頻碼分信號。但由于不同發(fā)射波形之間無法保證完全正交，使得傳統(tǒng)的匹配濾波輸出存在嚴(yán)重的互耦噪聲，大大影響了距離向分辨性能。當(dāng)前解決辦法主要是通過波形設(shè)計(jì)來獲得正交性能更好的波形集，但由于完全正交的同頻碼分信號是不存在的，因此通過波形設(shè)計(jì)無法根本上解決發(fā)射波形的互耦噪聲問題。另一類解決辦法是通過波形分離方法來改善非正交波形的分離效果。現(xiàn)有波形分離方法主要有設(shè)計(jì)失配濾波器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的匹配濾波器和基于Clean思想的圖像域波形分離等方法，但這些分離方法都僅在特定的條件下適用且對分離結(jié)果的改善效果有限。

壓縮感知(Compressive Sensing，CS)理論是一種全新的信號采樣、編碼與壓縮理論，其核心思想是將壓縮與采樣合并進(jìn)行，利用目標(biāo)稀疏特性以遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣數(shù)量的采樣值高概率恢復(fù)原始信號。CS理論已在雷達(dá)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但目前還沒有應(yīng)用于MIMO雷達(dá)波形分離中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于壓縮感知的MIMO雷達(dá)波形分離方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：利用目標(biāo)波離角(Direction OfDeparture，DOD)和波達(dá)角(Direction Of Arrival，DOA)估計(jì)信息，實(shí)現(xiàn)收發(fā)通道回波包絡(luò)對齊；基于目標(biāo)一維距離像稀疏性，構(gòu)建感知矩陣，利用聯(lián)合稀疏恢復(fù)算法統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)多接收通道回波的波形分離。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

S1、發(fā)射正交波形

設(shè)為第m個(gè)基帶發(fā)射波形，t為快時(shí)間，m＝0,1,…,M-1。對發(fā)射波形進(jìn)行延時(shí)發(fā)射，第m個(gè)發(fā)射陣元T_m的發(fā)射信號為其中：f為載頻，為第m個(gè)發(fā)射波形的發(fā)射時(shí)延，c為波速，為第0個(gè)發(fā)射陣元到第m個(gè)發(fā)射陣元的位置矢量，n_t為目標(biāo)DOD方向單位矢量。

S2、接收目標(biāo)回波

S21、設(shè)為第n個(gè)接收陣元接收到的回波信號，n＝0,1,…,N-1，對接收回波進(jìn)行包絡(luò)時(shí)延，回波信號為其中,為第n個(gè)接收陣元的包絡(luò)時(shí)延，為第0個(gè)接收陣元到第n個(gè)接收陣元的位置矢量，n_r為目標(biāo)DOA方向單位矢量。

S22、對回波y_n(t)進(jìn)行離散采樣得到y(tǒng)_n(i)，其中，t＝i/f_s,i＝0,1,…,I-1，f_s為雷達(dá)采樣頻率，I為采樣數(shù)。

S3、構(gòu)建感知矩陣