[發明專利]基于最大似然的嵌套陣稀疏表示波達方向估計方法

在審

• 申請號: 202110559072.X
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113376569A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 趙永紅;辛菁;李余興;張春麗;吳思杰
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14;G01S7/41
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王敏強

本發明公開了一種基于最大似然的嵌套陣稀疏表示波達方向估計方法，首先根據目標到嵌套陣的波達方向以及嵌套陣的布陣結構，計算接收陣列的回波信號、進而計算其協方差矩陣；根據稀疏表示理論，在角度維劃分整個空域，得到角度集合；矢量化協方差矩陣，在角度集合上稀疏展開，得到嵌套陣波達方向估計稀疏模型；構造塊對角矩陣，剔除稀疏模型中的噪聲項，得到去噪后嵌套陣波達方向估計稀疏模型；再結合協方差矩陣計算噪聲白化矩陣，結合去噪后嵌套陣波達方向估計稀疏模型，計算噪聲白化后的數據模型，進而計算柵格最大似然估計，最后得到波達方向最大似然估計值。本發明以實現嵌套陣在低信噪比和少快拍下的波達方向估計性能。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，具體涉及一種基于最大似然的嵌套陣稀疏表示波達方向估計方法。

背景技術

波達方向估計技術是實現目標定位不可或缺的技術手段，通過波達方向估計結果可得目標在空域的方位信息。傳統典型的方法有多重信號分類方法，旋轉不變子空間方法，這兩種方法突破瑞利限，可實現目標的超分辨，但在低信噪比或者少快拍環境下性能嚴重下降。

最大似然估計假設信號源為一具有已知分布的隨機過程，利用已知的樣本結果信息，反推最具有可能導致這些樣本結果出現的待估計參數值。在低信噪比或者相干信號源情況下仍然可以獲得較好的估計性能，但是求解比較困難，需要在多維參數空間上尋優，這將導致算法的運算量很大，并且算法的性能依賴于初始值的選取。

嵌套陣是由多個均勻線陣嵌套而成，通過非均勻布陣減少空間采樣的冗余性，可提高線性陣列的自由度，并且陣元位置的閉式解和嵌套陣所能提高的自由度均可通過陣元總數計算。

稀疏表示理論的基本思想是用冗余函數集合組成的原子字典代替基函數集合，進而可以將信號表示為原子字典中少數原子列向量的線性組合。當空域分布少量點目標時，對整個空域角度而言目標具有稀疏性，因此可以將稀疏表示理論應用到波達方向估計中。但需假設目標正好落在劃分的角度柵格上，這將不可避免的存在模型失配問題。

針對稀疏表示波達方向估計方法中模型失配問題，現有方法主要分為兩大類，一類是多次重構法，算法的計算量隨著柵格個數增加按指數級增長，另一類是貝葉斯估計法，雖然降低了字典矩陣柵格失配問題，但仍然存在失配量。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于最大似然的嵌套陣稀疏表示波達方向估計方法，以實現嵌套陣在低信噪比和少快拍下的波達方向估計性能。

本發明所采用的技術方案是，基于最大似然的嵌套陣稀疏表示波達方向估計方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、根據目標到嵌套陣雷達系統接收陣列的波達方向以及嵌套陣的布陣結構，計算接收陣列的回波信號；

步驟2、根據步驟1得到的接收陣列的回波信號，計算嵌套陣接收數據的協方差矩陣；

步驟3、根據稀疏表示理論，在角度維劃分整個空域，得到角度集合；矢量化步驟2得到的嵌套陣接收數據協方差矩陣，并在角度集合上稀疏展開，得到嵌套陣波達方向估計稀疏模型；

步驟4、構造塊對角矩陣，剔除步驟3稀疏模型中的噪聲項，得到去噪后嵌套陣波達方向估計稀疏模型；再結合步驟2得到的協方差矩陣計算噪聲白化矩陣，結合得到的去噪后嵌套陣波達方向估計稀疏模型，計算噪聲白化后的稀疏模型；

步驟5、根據步驟4建立的噪聲白化后的稀疏模型，計算目標波達方向。

本發明的特點還在于，

步驟1中接收陣列的回波信號y(t)計算如下：

y(t)＝A(θ)s(t)+n(t)，