[發(fā)明專利]基于參數(shù)化稀疏表示的單比特壓縮感知雷達目標時延估計方法

有效

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• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108614252B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳勝垚;席峰;尹佳;薛城
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種基于參數(shù)化稀疏表示的單比特壓縮感知雷達目標時延估計方法，該方法包括：首先離散化目標可能存在的時延范圍，利用泰勒插值法在目標最鄰近的時延網(wǎng)格處參數(shù)化稀疏表示雷達回波，構(gòu)造單比特壓縮感知模型，然后通過單比特壓縮感知稀疏重構(gòu)算法求解目標最鄰近的時延網(wǎng)格，再利用交替優(yōu)化方法估計出目標時延和最鄰近離散網(wǎng)格之間的偏移量以及目標反射系數(shù)，完成目標時延參數(shù)估計。本發(fā)明有效地解決了傳統(tǒng)壓縮感知雷達采樣速率慢、量化結(jié)構(gòu)復雜、功耗大的問題，從而降低了成本，提高了采樣效率；同時，BIHT算法的計算復雜度較低，凸優(yōu)化方法得到的時延估計精度較高，抗噪聲性能較好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達目標參數(shù)估計領(lǐng)域，具體涉及一種基于參數(shù)化稀疏表示的單比特壓縮感知雷達目標時延估計方法。

背景技術(shù)

壓縮感知(Compressed Sensing，CS)理論可以以遠低于奈奎斯特速率的采樣率對稀疏信號進行采樣，并通過稀疏正則優(yōu)化方法對信號進行重構(gòu)，對寬帶/超寬帶信號的采集與處理具有極其重要的意義。目前，該理論被應用于醫(yī)療成像、模式識別、光學成像、雷達遙感等多個領(lǐng)域。

壓縮感知理論通常假設(shè)壓縮采樣值具有無限高的精度，但是在實際應用場景中，壓縮采樣值必須經(jīng)過量化才能進行傳輸和存儲。量化是模擬信號數(shù)字化過程中一個不可逆的非線性操作，會引入量化誤差。一般來說，量化誤差大小由量化比特位數(shù)決定，比特數(shù)越低，量化誤差越大。在傳統(tǒng)的稀疏重構(gòu)方法中，沒有考慮量化誤差對重構(gòu)性能的影響。這些重構(gòu)方法如果直接用于量化壓縮感知場合，不可避免地引入重構(gòu)誤差。為了解決該問題，科研人員提出了一系列基于量化壓縮感知的稀疏重構(gòu)方法。單比特壓縮感知是量化壓縮感知的一種特殊形式，將壓縮采樣值量化成一個比特。與一般的量化壓縮感知相比，單比特壓縮感知采用一個比較器就可以實現(xiàn)量化功能，大大簡化了量化器的結(jié)構(gòu)。基于現(xiàn)有的電子器件發(fā)展水平，單比特壓縮感知能夠以很高的采樣速率工作。鑒于比較器具有速度快、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、不存在非線性失真和飽和失真等優(yōu)勢，單比特壓縮感知理論近年來受到了廣泛關(guān)注。

對寬帶或超寬帶雷達而言，現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)展水平難以滿足寬帶雷達回波信號采集的需求。另一方面，單比特壓縮感知可對稀疏信號進行高速采樣，而雷達回波信號可由發(fā)射信號構(gòu)造的波形匹配字典稀疏表示，因此單比特壓縮感知可對寬帶雷達回波進行有效采集。應當指出，雷達回波采集的最終目的是提取出回波中包含的目標信息，根據(jù)回波信號的采樣數(shù)據(jù)估計出目標時延一直是雷達信號處理研究的一個基本問題。在傳統(tǒng)壓縮感知雷達中，人們運用稀疏重構(gòu)理論估計目標時延參數(shù)。常用的做法是先將目標可能存在的時延范圍進行網(wǎng)格劃分，在離散網(wǎng)格上根據(jù)雷達發(fā)射波形構(gòu)建波形匹配字典，然后將雷達回波在該字典下進行稀疏表示。對于時延位于離散網(wǎng)格上的目標，這種稀疏表示是準確的，通過稀疏重構(gòu)估計出的時延也是準確的；然而在實際雷達場景中，真實目標的時延是隨機分布的，通常不在離散時延網(wǎng)格上，波形匹配字典難以稀疏表示雷達回波。這種現(xiàn)象在壓縮感知中稱為字典失配(basis mismatch)效應。當字典失配現(xiàn)象較為嚴重時，基于稀疏重構(gòu)的時延估計性能急劇下降，為此，人們提出了多種偏離網(wǎng)格目標的時延估計方法。在單比特壓縮感知雷達，字典失配問題同樣存在。但是，由于單比特采樣值是回波信號的非線性測量，傳統(tǒng)壓縮感知雷達中基于線性測量的偏離網(wǎng)格目標時延估計方法不能直接應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于參數(shù)化稀疏表示的單比特壓縮感知雷達目標時延估計方法，可以通過少量的壓縮測量數(shù)據(jù)得到較高的目標時延估計精度，且具有較低的計算負擔和較好的抗噪聲性能。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于參數(shù)化稀疏表示的單比特壓縮感知雷達目標時延估計方法，包括以下步驟：

采用雷達發(fā)射寬帶線性調(diào)頻信號并接收回波，再對回波奈奎斯特采樣；

將目標可能存在的時延范圍離散化成時延網(wǎng)格，使用泰勒插值法在目標最鄰近的時延網(wǎng)格處參數(shù)化稀疏表示雷達回波；

通過隨機測量矩陣對回波信號進行壓縮測量獲得測量矢量，并將該測量矢量單比特量化成單比特測量矢量，構(gòu)造單比特壓縮感知模型；