[發明專利]一種基于壓縮感知的MIMO雷達目標信息恢復方法

在審

• 申請號: 202011423746.5
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112698289A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 席峰;梁詩兒;李杰
• 申請（專利權）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: 朱沉雁

本發明公開了一種基于壓縮感知的MIMO雷達目標信息恢復方法，基于欠采樣，將傳統一維的原子范數算法拓展成二維應用在MIMO雷達的稀疏目標信息恢復上，再進行仿真，觀察單目標和多目標情況下的參數恢復情況和不同SNR對該算法下的目標參數恢復誤差的影響。本發明既保持了分辨率和性能，又減少了天線數量，降低了成本。

技術領域

本發明屬于雷達信號處理領域，具體涉及一種基于壓縮感知的MIMO雷達目標信息恢復方法。

背景技術

MIMO雷達(多輸入多輸出雷達)在靈活性和性能方面展現出發展先進現代雷達的巨大潛力，帶來了新的理論和挑戰。MIMO雷達分為并置式MIMO雷達和分布式MIMO雷達。本文中我們使用并置式MIMO雷達，并置的MIMO雷達系統基于發射信號的相互正交性來利用波形分集。這產生了由發射天線和接收天線之間的相位差引起的虛擬陣列。這樣的系統比具有相同數量的元素和傳輸的相控陣系統具有更高的分辨率，這有助于MIMO的普及。這種提高的性能是以發射機和接收機設計中更高的復雜性為代價的。《統計MIMO雷達目標跟蹤技術研究》一文中介紹了傳統MIMO雷達的目標參數恢復方法都是先對接收信號進行過采樣后匹配濾波器，然后波束成形，峰值檢測。這種方法雖然能夠精確地恢復出目標的參數信息但是對系統復雜度和設備要求非常高，大大地提高了成本。

于是我們提出將壓縮感知應用于MIMO雷達，以減少天線數量或每個接收機的樣本數量，同時不會降低分辨率能夠很好地恢復目標參數信息。由于基于CS的MIMO雷達比傳統的MIMO雷達需要更少的測量來進行可靠的目標檢測，因此在將數據傳輸到融合中心的過程中可以節省電力，從而延長無線網絡的壽命。MIMO雷達系統在融合中心，所有接收到的數據被聯合處理，通過CS方法提取潛在目標的信息。與傳統方法相比，CS方法大大減少了融合中心可靠檢測目標所需的測量量。所獲得的傳輸省電將顯著延長無線網絡的壽命。保持了MIMO雷達的優勢，同時顯著降低了每個接收天線所需的測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于壓縮感知的MIMO雷達目標信息恢復方法，基于欠采樣，既保持了分辨率和性能，又減少了天線數量，降低了成本。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于壓縮感知的MIMO雷達目標信息恢復方法，基于欠采樣，將傳統一維的原子范數算法拓展成二維應用在MIMO雷達的稀疏目標信息恢復上，具體步驟如下：

步驟1、在經典MIMO雷達的架構下，產生發射信號和接收信號；

步驟2、在考慮單脈沖的情況下，對接收信號的空間和時間進行采樣：

時域上先對接收信號做快速傅里葉變換，在所得到的傅里葉系數中隨機取出k個信號樣本，進行匹配濾波器；空域上根據采樣率在總的發射天線和接收天線中選取一定數量的天線作為發射機和接收機；

步驟3、將取得的k個采樣點的接收信號生成一個k維向量，并用范德蒙行列式表示；

步驟4、定義低秩矩陣X，恢復結構化的低秩矩陣X，得到目標參數的距離序列D和方位角序列C；

步驟5、將目標參數的距離序列D和方位角序列C配對，使得距離和方位角對應它們的目標在序列中排列；

步驟6、進行仿真，觀察單目標和多目標情況下的參數恢復情況和不同SNR對該算法下的目標參數恢復誤差的影響。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)在保持空間和時間分辨率不降低的基礎上，極大地降低了成本和器件復雜度。減少了天線數量和接收機的數量。

(2)同時恢復了目標的距離和方位，將一維原子范數算法拓展到二維，從恢復情況和誤差來看比傳統稀疏感知恢復算法的性能更高。

附圖說明

圖1本發明所述的MIMO雷達陣列圖，其中圖(a)為標準陣列圖，圖(b)為稀疏陣列圖。