[发明专利]基于降维稀疏重构空时谱的直接数据域动目标检测方法

权利要求书

1.一种基于降维稀疏重构空时谱的直接数据域动目标检测方法，其特征在于包括如下步骤： 

1.时域快速傅里叶变换（FFT） 

假定机载雷达接收天线为N个阵元，间距为半波长的均匀线阵，一次相干处理间隔内时域脉冲数为K，则第l个距离单元接收信号X_l为： 

式中σ_i为该距离环第i个独立杂波散射源的信号幅度，S_i为该散射源空时导引矢量，N_c为独立杂波散射源个数，N_l为系统噪声，对第i个独立杂波散射源P， 

式中为Kronecker积，S_si、S_di分别对应空域导引矢量和时域导引矢量，即 

    （3） 

式中d为阵元间距，λ为雷达波长，f_r为脉冲重复频率（PRF），为散射源P的多普勒频率；。将第l个距离单元接收信号X_l逐脉冲排列，即 

式中S_{l_i}为该距离单元在第i个脉冲各阵元接收的信号矢量；假定时域FFT变换矩阵为F_D则阵元—多普勒域输出信号为 

式中S_{Dl_i}为第i个多普勒单元各阵元输出信号。 

2.空域稀疏重构 

经时域FFT后，对阵元-多普勒域数据逐多普勒单元进行空域稀疏重构即可获得高分辨的二维角度-多普勒谱；第i个多普勒单元输出信号S_{Dl_i}可表示为： 

式中σ_{i_j}、S_{si_j}分别对应该多普勒单元内第j个独立散射源的信号幅度和空域导引矢量，N_i为该多普勒单元内独立散射源个数，K为相干积累增益，N_j为噪声信号； 

S_{Dl_i}仅需对该多普勒单元的局域杂波在空域进行稀疏重构即可；假定空域稀疏重构的分辨单元数为N_s，构建N×N_s的观测矩阵ψ_i，则优化方程退化为 

    （7） 

式中采用l₁范数约束信号的空域稀疏性，ε_i为稀疏反演容许误差；式（7）可采用凸优化算法进行求解，对阵元—多普勒域数据逐多普勒单元进行空域稀疏重构，即可获得角度—多普勒域的二维空时谱。 

3.杂波与动目标信息提取 

对二维稀疏重构空时谱在无杂波的清晰区估计噪声平均功率δ₀；考虑雷达待检测目标信噪比一般不小于13dB，本发明设定门限值 

将幅度低于η₁的像素单元幅值置零，以滤除噪声和虚假目标； 

对剩余像素单元，可采用距离增长算法提取杂波和目标信息；假定为B_i像素块第一个不为零的像素点，定义其与邻近非零像素点q的距离为： 

式中||·||为二维欧氏距离运算，(i_a,i_d)、(j_a,j_d)分别对应和q在空时谱中的角度和多普勒坐标，R_a为稀疏空时谱的空域分辨率，r_a=Na·Ns/N为比拟真实角分辨率的可调参数；定义q与像素块B_i的最小距离为 

式中L为B_i中像素单元个数。定义增长距离为D，可设定D=1.2，当R≤D，q归入像素块B_i；采用距离增长算法可将所有非零像素单位划分为不同数据快。 

4.知识辅助动目标检测 

提取杂波和目标信息后，为降低运算量采用两级级联方案首先剔除连续分布杂波， 进而根据杂波先验分布知识剔除不连续稀疏杂波，剩余信息即对应待检测动目标；假定提取的不同信息块为B_k，定义B_k对应的区域大小为 

式中为第k个数据块中第i个像素点，H为B_k在角度-多普勒域的总像素；根据S_k的大小，可首先剔除连续分布杂波，即 

S_k>β₁    （12） 

则该区域对应杂波，可直接剔除；β₁取值由角度-多普勒像素分辨率决定； 

剩余稀疏分布信息块可分别提取该信息块的角度-多普勒信息，定义B_l对应的角度-多普勒信息为 

式中为B_k角度-多普勒域中心像素单元，pos(·)为取该像素单元二维坐标值运算；根据载机高度、载机速度和天线构型等阵参数相关知识，可估算空间位置ψ_k处的杂波相应多普勒频率为时，该信息块即对应杂波，因此，检测出的动目标满足 

式中|·|为绝对值运算，门限值β₂由多普勒分辨率和系统误差决定；知识辅助动目标检测实现了对地海杂波的抑制。