[發明專利]一種回波數據散射特征提取方法及系統

有效

• 申請號: 202010151295.8
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111308438B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李尚生;王旭坤;但波;付哲泉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍航空大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G06F17/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 楊媛媛

1.一種回波數據散射特征提取方法，其特征在于，包括：

獲取雷達回波數據并進行處理，得到具有Hankel矩陣形式的回波數據矩陣；

計算所述回波數據矩陣的自相關函數以及所述回波數據矩陣與平移矩陣之間的互相關函數；所述平移矩陣為所述回波數據矩陣平移后的矩陣；

對所述自相關函數進行奇異值分解，確定最小奇異值；

利用所述互相關函數和所述最小奇異值，構建降噪矩陣；

對矩陣束進行廣義特征值分解，得到廣義特征值，并根據所述廣義特征值估算散射中心位置信息；所述矩陣束是根據所述降噪矩陣以及對所述自相關函數奇異值分解后得到的主左奇異矢量構成的矩陣、主奇異值構成的對角矩陣、主右奇異矢量構成的矩陣構建得到的；

根據信號模式矢量和所述散射中心位置信息估算散射中心類型；

根據散射中心響應矩陣估算散射中心幅度；

所述計算所述回波數據矩陣的自相關函數以及所述回波數據矩陣與平移矩陣之間的互相關函數，具體包括：

根據公式計算所述回波數據矩陣的自相關函數；

根據公式計算所述回波數據矩陣與平移矩陣之間的互相關函數；

其中，所述回波數據矩陣為

Y_h＝X_h(m+1)

所述平移矩陣為

m＝1,2,...,M，M表示發射頻點總數，N＝M-P+1，I表示散射中心的總數；x()表示回波向量；

所述對所述自相關函數進行奇異值分解，確定最小奇異值，具體包括：

根據公式進行奇異值分解；其中，Σ表示對自相關函數做奇異值分解后所有奇異值組成的對角矩陣；表示I個主奇異值構成的對角矩陣；U_h1表示I個主左奇異矢量構成的矩陣，V_h1表示I個主右奇異矢量構成的矩陣，U_h1和V_h1表示信號子空間；表示P-I個非主奇異值構成的對角矩陣；U_h2表示P-I個非主左奇異矢量構成的矩陣，V_h2表示P-I個非主右奇異矢量構成的矩陣，U_h2和V_h2表示信號的噪聲子空間；

利用matlab仿真軟件對所有奇異值組成的對角矩陣Σ中的奇異值進行排序，確定最小奇異值σ²；

所述利用所述互相關函數和所述最小奇異值，構建降噪矩陣，具體包括：

根據公式構建降噪矩陣；其中，

所述對矩陣束進行廣義特征值分解，得到廣義特征值，并根據所述廣義特征值估算散射中心位置信息，具體包括：

根據對所述自相關函數奇異值分解后得到的主左奇異矢量構成的矩陣、主奇異值構成的對角矩陣、主右奇異矢量構成的矩陣，構建第一矩陣；所述第一矩陣為

根據所述第一矩陣和所述降噪矩陣，構建矩陣束；所述矩陣束為

對所述矩陣束進行廣義特征值分解，得到廣義特征值；

根據公式估算散射中心位置信息；

其中，r_i為第i個散射中心在雷達坐標系中的位置，P_i為第i個散射中心的廣義特征值，ang為求解復數相角的函數，c為光速，Δf為步進頻率之間的間隔。

2.一種回波數據散射特征提取系統，其特征在于，包括：

回波數據矩陣確定模塊，用于獲取雷達回波數據并進行處理，得到具有Hankel矩陣形式的回波數據矩陣；

相關函數計算模塊，用于計算所述回波數據矩陣的自相關函數以及所述回波數據矩陣與平移矩陣之間的互相關函數；所述平移矩陣為所述回波數據矩陣平移后的矩陣；

最小奇異值確定模塊，用于對所述自相關函數進行奇異值分解，確定最小奇異值；

降噪矩陣構建模塊，用于利用所述互相關函數和所述最小奇異值，構建降噪矩陣；

散射中心位置信息估算模塊，用于對矩陣束進行廣義特征值分解，得到廣義特征值，并根據所述廣義特征值估算散射中心位置信息；所述矩陣束是根據所述降噪矩陣以及對所述自相關函數奇異值分解后得到的主左奇異矢量構成的矩陣、主奇異值構成的對角矩陣、主右奇異矢量構成的矩陣構建得到的；

散射中心類型估算模塊，用于根據信號模式矢量和所述散射中心位置信息估算散射中心類型；

散射中心幅度估算模塊，用于根據散射中心響應矩陣估算散射中心幅度；

所述相關函數計算模塊，具體包括：

自相關函數計算單元，用于根據公式計算所述回波數據矩陣的自相關函數；

互相關函數計算單元，用于根據公式計算所述回波數據矩陣與平移矩陣之間的互相關函數；

其中，所述回波數據矩陣為

Y_h＝X_h(m+1)

所述平移矩陣為

m＝1,2,...,M，M表示發射頻點總數，N＝M-P+1，I表示散射中心的總數；x()表示回波向量；

所述最小奇異值確定模塊，具體包括：

奇異值分解單元，用于根據公式進行奇異值分解；其中，Σ表示對自相關函數做奇異值分解后所有奇異值組成的對角矩陣；表示I個主奇異值構成的對角矩陣；U_h1表示I個主左奇異矢量構成的矩陣，V_h1表示I個主右奇異矢量構成的矩陣，U_h1和V_h1表示信號子空間；表示P-I個非主奇異值構成的對角矩陣；U_h2表示P-I個非主左奇異矢量構成的矩陣，V_h2表示P-I個非主右奇異矢量構成的矩陣，U_h2和V_h2表示信號的噪聲子空間；

最小奇異值確定單元，用于利用matlab仿真軟件對所有奇異值組成的對角矩陣Σ中的奇異值進行排序，確定最小奇異值σ²；

所述降噪矩陣構建模塊，具體包括：

降噪矩陣構建單元，用于根據公式構建降噪矩陣；其中，

所述散射中心位置信息估算模塊，具體包括：

第一矩陣構建單元，用于根據對所述自相關函數奇異值分解后得到的主左奇異矢量構成的矩陣、主奇異值構成的對角矩陣、主右奇異矢量構成的矩陣，構建第一矩陣；所述第一矩陣為

矩陣束構建單元，用于根據所述第一矩陣和所述降噪矩陣，構建矩陣束；所述矩陣束為

廣義特征值分解單元，用于對所述矩陣束進行廣義特征值分解，得到廣義特征值；

散射中心位置信息估算單元，用于根據公式估算散射中心位置信息；

其中，r_i為第i個散射中心在雷達坐標系中的位置，P_i為第i個散射中心的廣義特征值，ang為求解復數相角的函數，c為光速，Δf為步進頻率之間的間隔。