[發明專利]一種基于壓縮感知理論的雷達稀疏探測方法

在審

• 申請號: 201810563758.4
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108845316A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 王天云;劉冰;張琦;陳衛東;叢波;魏強;凌曉冬;劉勇
• 申請（專利權）人: 中國衛星海上測控部
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/41
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明公開了一種基于壓縮感知理論的雷達稀疏探測方法，其特征在于該方法利用雷達探測中的目標數量通常遠小于觀測區域內的分辨單元數量的先驗信息，將壓縮感知理論應用于雷達目標探測領域，用較少的觀測次數來采樣信號，實現信號的降維處理，并利用稀疏恢復算法高精度重構待探測的目標時延維?多普勒維信息，可以較好地解決傳統基于匹配濾波技術的雷達探測方法容易存在主瓣寬、旁瓣高的問題。另外，所提方法基于相同雷達系統配置在欠采樣情形下相比傳統雷達探測方法能夠獲得更優的目標檢測性能。

技術領域

本發明屬于電子行業雷達目標成像領域，尤其涉及基于壓縮感知理論的雷達稀疏探測方法。

背景技術

傳統雷達探測方法基于對發射通道信號和回波通道信號做“互模糊函數”處理，并根據“互模糊函數”峰值位置來確定目標的時延及多普勒信息。然而這種方法存在互模糊函數旁瓣和副峰難以有效抑制、較低信噪比目標恢復困難等問題，因此會增加虛警、漏警概率。

在雷達探測中，為了實現距離維的高分辨，需要發射大寬帶信號，這對接收機帶寬和模數轉換速率提出了更高的要求，使得系統研制成本大大增加。近年來迅速發展的壓縮感知(Compressed Sensing,CS)理論利用信號的稀疏性或可壓縮性，以遠低于奈奎斯特采樣率的觀測數據即可精確重構原始信號，已在通信、遙感、圖像處理等領域得到廣泛應用。由于雷達探測中的目標數量通常遠小于觀測區域內的分辨單元數量，滿足壓縮感知理論對信號稀疏性的要求。因此可以將壓縮感知理論應用于雷達目標探測領域，本文簡稱稀疏探測技術。

本發明首先建立了一種較為通用的雷達信號探測模型，然后提出基于壓縮感知理論的稀疏探測方法。本發明未對雷達信號的種類進行限定，因此具有廣闊的應用背景。雷達稀疏探測方法從本質上可歸結為求解線性欠定優化問題。本發明研究結果表明，在同等觀測樣本情形下，基于目標先驗信息的雷達稀疏探測技術具有天然抑制旁瓣和副峰的優點。另外壓縮感知理論保證在不丟失逼近原信號所需信息的情況下，可以用較少的觀測次數來采樣信號，實現對原始信號的降維處理。它直接對信號進行較少采樣即能得到信號壓縮表示，在節約采樣和傳輸成本的情況下，達到了在采樣的同時進行壓縮的目的，因此具有重要的應用潛力。

本發明所提方法與傳統基于匹配濾波技術的雷達探測方法主要區別見圖1所示。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發明提出了一種基于壓縮感知理論的稀疏探測技術，可以實現對單個或多個目標的距離-多普勒信息的有效提取。

(二)技術方案

首先對基于壓縮感知理論的雷達探測原理進行信號建模分析，然后提出相應的稀疏探測方法，設計一種基于迭代軟閾值(IST)算法的稀疏檢測器，接著進行恒虛警(CFAR)處理，并給出相應的檢測性能曲線。最后和傳統普通門限檢測器的性能進行對比，論證本發明所提雷達探測方法的有效性。仿真結果表明基于壓縮感知理論的雷達探測檢測性能在回波數據欠采樣的情形下要優于傳統基于匹配濾波方式的檢測性能。在同樣系統參數配置下本發明的探測方式具有較高精度重構目標信息的特點，并且能夠改善傳統匹配濾波探測方法主瓣較寬、旁瓣較高的缺陷，較好地解決強目標淹沒弱目標的問題。

(三)有益效果

(1)本發明將壓縮感知理論引入至雷達目標探測領域，并提出利用壓縮感知理論中的稀疏重構算法來重構待反演目標的時延維—多普勒維信息，可以較好地解決傳統匹配濾波探測方法在回波數據欠采樣情形性能下降問題。

(2)本發明提出的稀疏探測方法具有較高的探測精度，可以較好地克服傳統匹配濾波探測方法結果容易出現寬主瓣、高旁瓣的天然缺陷，較好地解決強目標淹沒弱目標的難題。

(3)本發明提出的稀疏探測方法雖然以有源雷達為例，但容易推廣至無源雷達、多輸入多輸出雷達等不同應用系統，具有較強的普適性。

附圖說明