[發明專利]基于capon算法的PRI捷變雷達目標參數估計方法

有效

• 申請號: 202110274056.6
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113093120B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 全英匯;杜思予;劉智星;方文;吳耀君;張瑞;李亞超;別博文;邢孟道
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36;G01S7/41;G06F17/10;G06F17/16
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.基于capon算法的PRI捷變雷達目標參數估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，PRI捷變雷達發射信號并接收回波信號；將雷達回波信號與對應的發射載頻依次進行混頻處理和脈沖壓縮處理，得到脈壓后的回波信號；

步驟2，根據脈壓后的回波信號，設計與capon算法對應的濾波器，使輸入濾波器的脈壓后的回波信號含載頻成分完全通過，且濾波器的平均輸出功率最小，將該最小平均輸出功率作為回波信號的capon功率譜估計；

所述根據脈壓后的回波信號，設計與capon算法對應的濾波器，具體為：

2a)根據脈壓后的回波信號，給定N階FIR濾波器沖激響應函數為w^*(i),i＝1,…,N-1，則輸入信號矢量經過濾波器后的輸出為：

其中，{s_r(n)}為對脈壓后回波信號進行第n次采樣得到的回波信號，W＝[w(0),w(1),…,w(N-1)]^T為濾波器的系數矢量，S＝[s_r(n),s_r(n+1),…,s_r(n+N-1)]^T為輸入信號矢量；上標H表示共軛轉置；

因此，計算出濾波器輸出y(n)的平均功率為：

E[|y(n)|²]＝E[W^HSS^HW]＝W^HΦ_sW

其中，Φ_s＝E[SS^H]為輸入信號矢量的自相關矩陣；

2b)在估計回波信號的功率譜值時，將輸入信號矢量S寫為S＝s_r(n)e，其中，為導頻矢量；

因此，y(n)＝W^HS＝s_r(n)W^He；

為了使含載頻成分完全通過，且濾波器輸出功率最小，添加約束限制|W^He|＝|e^HW|＝1；

將濾波器的設計問題轉化成以下目標函數的求解：

在滿足約束限制的條件下求解濾波器的系數矢量，使濾波器輸出平均功率E[|y(n)|²]最小，最小平均輸出功率即為回波信號{s_r(n)}的capon功率譜估計；

步驟3，根據回波信號功率譜，確定每個目標的距離和速度信息。

2.根據權利要求1所述的基于capon算法的PRI捷變雷達目標參數估計方法，其特征在于，所述發射信號具體為：

設定一個相干處理間隔內雷達發射Q個脈沖，每個脈沖為線性調頻率為γ的線性調頻信號，則Q個脈沖的脈沖重復時間所組成的向量為T_r＝{T_r¹,…,T_r^q,…,T_r^Q}，則PRI捷變雷達發射的第q個脈沖信號s^q(t)為：

其中，t為時間，rect(·)為窗函數，T_p為脈沖寬度，f₀為PRI捷變雷達發射信號載頻；T_r^q表示一個相干處理間隔內的第q個脈沖重復周期；

所述回波信號具體為：

設雷達觀測場景中存在G個目標，每個目標相對雷達的徑向距離和徑向速度分別表示為r_g和v_g，其中g∈{1,2,…,G}為目標個數索引，則PRI捷變雷達的回波信號s_r(t)表示為：

其中，表示第g個目標對應于第q個脈沖的回波時延，c為光速；為脈沖重復時間，T_r為平均脈沖重復時間，為第q個脈沖PRI的隨機抖動程度，c(q)為PRI捷變編碼。

3.根據權利要求2所述的基于capon算法的PRI捷變雷達目標參數估計方法，其特征在于，所述脈壓后的回波信號的具體表達式為：

其中，j表示虛數單位，sinc(·)為每個脈沖內的線性調頻信號經過混頻和脈壓處理后形成的包絡，n(t)表示噪聲，c表示光速。

4.根據權利要求1所述的基于capon算法的PRI捷變雷達目標參數估計方法，其特征在于，所述目標函數的求解過程為：

引入Lagrange乘子λ構建代價函數：

J＝W^HΦ_sW-λ(W^Hee^HW-1)；

令可得：

W^HΦ_s＝λW^Hee^H

兩邊同時取復共軛轉置，且因為Φ_s^H＝Φ_s，|e^HW|＝1，可得：

因此，求得濾波器系數矢量

其中，上標-1表示矩陣的求逆操作；為常數項，可忽略；

則滿足限制條件的濾波器系數矢量該系數矢量構成的濾波器對應的輸出平均功率最小，該最小平均輸出功率即為capon算法的功率譜估計：