[發明專利]沖擊噪聲環境下基于稀疏重構的極化雙基地MIMO雷達參數估計方法

有效

• 申請號: 201710832741.X
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107436429B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 刁鳴;王宇;高洪元;李佳;蘇雪;蘇雨萌;侯陽陽;池鵬飛;劉子奇;陳夢晗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種沖擊噪聲環境下基于稀疏重構的極化雙基地MIMO雷達參數估計方法，其特征是：

步驟一，建立沖擊噪聲環境下的極化雙基地MIMO雷達接收數據模型；

極化雙基地MIMO雷達發射端由M個陣元組成均勻線陣，陣元之間間隔為d_t；接收端采用極化敏感線性陣列由N對正交偶極子組成，陣元之間間隔為d_r，在發射端，M個相互正交的窄帶波分別從M個陣元同時發送，在接收端，目標反射信號與發射波形匹配；設在同一范圍內有P個不相干的目標，其中第p個目標的方向相對于發射陣列角度為θ_p，相對于接收陣列角度為φ_p，p＝1,2,…,P，以橫電磁波傳播的目標信號的電場極化狀態分別用極化參量γ_p和η_p表示；在第l個快拍，l＝1,2,…L，接收信號矩陣表示為式中發射基帶編碼信號矢量的第m個元素表示為s_m∈C^1×K,m＝1,2,…,M，長度為K，重復間隔為T_s，且第p個目標的多普勒頻率表示為f_dp＝v_p/λ，v_p是第p個目標的速度，λ為入射信號的波長，是正比于第p個目標雷達橫截面積的復振幅，W^(l)表示噪聲矩陣，是獨立同分布的滿足SαS分布的沖擊噪聲矢量，由特征指數α決定噪聲的沖擊程度；發射陣列的第p個導向矢量為接收陣列的第p個導向矢量為式中，表示Kronecker乘積，q_p＝[1,exp[-j2π(d_r/λ)sinφ_p],…,exp(-j2π(N-1)(d_r/λ)sinφ_p)]^T，是接收信號的第p個極化矢量，其中，0≤γ_p≤π/2，-π≤η_p≤π；雷達接收端通過脈沖壓縮與M個發射波形相匹配，用信號來匹配，第m個匹配濾波器的輸出是M個匹配濾波器的輸出矩陣為式中，A_r(φ,γ,η)＝[a_r(φ₁,γ₁,η₁),…,a_r(φ_P,γ_P,η_P)]是接收陣列的導向矩陣，D_m(θ)＝diag{exp[-j2π(m-1)(d_t/λ)sinθ₁],…,exp[-j2π(m-1)(d_t/λ)sinθ_P]}表示由發射陣列第m個陣元的導向矢量構成的對角矩陣，是信號矢量，表示與第m個發射波形匹配濾波的噪聲矩陣；得到接收信號矩陣為Y^(l)＝A(θ,φ,γ,η)b^(l)+N^(l)，式中表示Khatri-Rao積，A_t(θ)＝[a_t(θ₁),…,a_t(θ_P)]是發射陣列的導向矩陣，是匹配濾波后的噪聲矩陣；

步驟二，對快拍采樣數據做去沖擊預處理；

以極化雙基地MIMO雷達一次快拍采樣數據為單位，構造第l次快拍采樣數據的幅值上限max{|Y₁^(l)|,|Y₂^(l)|,…,|Y_M^(l)|},式中max{}為取最大值函數；利用幅值上限以為標準對接收數據進行歸一化處理，其中p的值根據沖擊噪聲SαS分布的特征指數α決定；

步驟三，利用子空間旋轉不變特性進行極化雙基地MIMO雷達發射角參數估計；

考慮在L次快拍采樣條件下，歸一化后的輸出信號數據矩陣為Z＝[Z⁽¹⁾,Z⁽²⁾,…,Z^(L)]，定義輸出信號的協方差矩陣對協方差矩陣進行特征值分解，輸出2MN個特征值λ₁≤λ₂≤…≤λ_2MN，e₁,e₂,…,e_2MN分別是矩陣與特征值λ₁≤λ₂≤…≤λ_2MN相對應的特征矢量，構造信號子空間E_S＝[e_2MN-P+1,…,e_2MN]，噪聲子空間E_N＝[e₁,…,e_2MN-P]；將信號子空間利用E_S分成M塊，每一塊為2N×P維的矩陣，取矩陣E_S的前(M-1)塊作為E_S1，取矩陣E_S的后(M-1)塊作為E_S2；通過最小二乘法求取包含發射角參數信息的矩陣其中+表示偽逆，對矩陣Ψ_t進行特征值分解，特征值矩陣的對角線因素分別為根據求取極化雙基地MIMO雷達的目標發射角估計值其中angle()為求相角函數，asin()為求反正弦值函數；

步驟四，構造極化雙基地MIMO雷達的稀疏字典集；

利用目標發射角估計值構造發射陣列導向矢量估計值a_t(θ_p)＝[1,exp(-j2π(d_t/λ)sinθ_p),…,exp(-j2π(M-1)(d_t/λ)sinθ_p)]^T；將極化雙基地MIMO雷達接收角可能存在的范圍等間隔的劃分，其中D的取值由劃分精度決定，大于遠場窄帶信號數M，接收陣列的導向矢量稀疏字典集原子為d＝1,2.…,D，式中，v＝[v₁,v₂,…,v_p]，結合發射陣列導向矢量估計值構造極化雙基地MIMO雷達的導向矢量稀疏字典集原子為信號子空間E_S定義為稀疏重構的初始殘差r₀，設置k為稀疏重構的迭代次數，k＝1,2,…,P，初始值設定k＝1，設定索引集U，初始索引集為空集；

步驟五，稀疏重構極化雙基地MIMO雷達接收角；

第k次迭代過程中分別計算殘差r_k-1在每個極化雙基地MIMO雷達的導向矢量稀疏字典集原子a(φ_d)上的投影值，記錄最大投影系數對應的原子將其加入索引集U；利用索引集U重構原始信號，原始信號的近似解s_k＝U⁺r_k-1＝(U^TU)^-1U^Tr_k-1，并更新殘差為

步驟六，判斷是否達到最大迭代次數，若是，執行步驟七；否則令k＝k+1，返回步驟五；

步驟七，得到稀疏重構結果s_k，利用索引集U得到極化雙基地MIMO雷達的接收角信息，輸出極化雙基地MIMO雷達的發射角和接收角估計結果。