[發明專利]一種基于陣元互耦優化的無網格塊稀疏角度估計方法

在審

• 申請號: 202111425829.2
• 申請日: 2021-11-27
• 公開（公告）號: CN114239644A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉萍;魏震宇;李艷龍;汪雅婷;劉士忠
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 唐敏

1.一種基于陣元互耦優化的無網格塊稀疏角度估計方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟一、建立未知陣元互耦干擾下的陣列接收信號模型；

步驟二、構造未知陣元互耦干擾下的塊稀疏表示模型；

步驟三、建立塊稀疏下的基于混合核-l₁范數最小化的稀疏重構模型；

步驟四、推導等價的基于半正定的凸優化重構結構；

步驟五、推導無網格的拉格朗日對偶求解形式；

步驟六、利用凸優化算法求解，實現高精度的角度估計。

2.根據權利要求1所述的基于陣元互耦優化的無網格塊稀疏角度估計方法，其特征在于，所述步驟一包括：假設陣元個數為N的均勻線陣，其天線陣元位置分布為d＝[d₀,d₁,...,d_N-1]^T，不是一般性的假設第一個天線為d₀＝0，則d_n＝(n-1)d，其中d設置為半波長，考慮該均勻線陣中前P根天線陣元間存在互耦干擾，引入下述陣元互耦干擾矩陣：

其中為第i根天線陣元上的互耦系數，ρ_i和分別代表互耦系數幅值和相位，如果有K個遠場且互不相關的目標照射到線陣上，假設目標來波方向為θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_K]^T，其中θ_k為第k個目標的來波方向，則在第t個快拍下的存在陣元互耦干擾的目標基帶接收信號可以表示為：

其中為第k個目標所對應的導向矢量，λ表示載波波長，C為式(75)定義的互耦矩陣，A＝[a(θ₁),...,a(θ_K)]為陣列流型矩陣，s(t)表示接收信號幅值矩陣，n(t)為加性高斯白噪聲，均值為0、方差為

3.根據權利要求1或2所述的基于陣元互耦優化的無網格塊稀疏角度估計方法，其特征在于，所述步驟二包括：將目標θ_k對應的導向矢量簡化記為：

a(θ_k)＝[1,β(θ_k),…,β(θ_k)^N-1]^T (3)

其中令表示陣元互耦下的導向矢量，其存在下述的參數化結構：

式中Ψ(θ_k)∈C^N×(2P-1)為一個塊對角矩陣陣，結構為：

z(θ_k,c)是一個(2P-1)×1維的向量，其第P個元素為1，記作，

z(θ_k,c)＝[μ₁,…,μ_P-1,1,α₁,…,α_P-1]^T (6)

其中元素μ_i和α_i定義為：

為常數項，記為：

于是陣元互耦下的陣列流型存在下述的塊矩陣表示形式：

其中：

Λ為塊對角矩陣，記作：

式中為(2P-1)×1維的向量，陣元互耦下的陣列接收信號模型可以簡化為：

X＝BΛS+N (13)

將連續空間進行離散化劃分構造離散的網格角度，其中S＝[s(1) s(2)…s(T)]，T為快拍數，為劃分的離散網格角度值，L為離散網格點數，且L＞＞K，將該離散劃分的網格集合代入到矩陣BΛ中，得到存在互耦干擾下陣列接收信號的塊稀疏表示模型：

其中為塊稀疏表示字典：

記為塊稀疏矩陣，其中包含L個子塊Q_l，存在下述的稀疏形式：

于是未知陣元互耦下的陣列塊稀疏表示模型為：

X＝BQ+N (17)。