[发明专利]基于矩阵1范数拟合的阵元误差估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别是涉及一种基于矩阵1范数拟合的阵元误差估计方法。

背景技术

机载雷达在下视工作时会受到地面杂波的影响。由于载机与地面的相对运动，杂波多普勒谱会出现展宽，给运动目标检测带来困难。空时自适应处理是一种联合空域和时域的二维滤波技术，它可以有效抑制杂波，提高雷达对运动目标的检测能力。

在理想情况下，空时自适应处理(STAP)可以取得较好的性能，然而在实际的工程应用中，机载雷达系统不可避免的存在着各种误差。在目前的技术水平下，雷达在时间维的精度通常较高，其误差一股可以忽略不计；空间维则不一样，由于制造工艺和硬件设备的限制，各个接收阵元之间的幅相特性常常存在不一致性。当雷达系统中存在阵元误差这种非理想因素时，基于STAP的运动目标参数估计与定位性能受到很大的影响。因此，阵元误差的估计或校正具有重要的实际意义。

阵元误差的校正主要可以分为有源校正和自校正两类。有源校正是利用外部精确已知的辅助信源对阵元误差进行离线校正的方法，该方法理论上可以取得较好效果，但对辅助信源有较高的性能要求并且增加了系统的复杂度。自校正是将阵元误差校正转化为一个参数估计问题，即利用接收的回波数据对阵元误差进行估计。对于机载动目标显示雷达来说，其接收的回波主要为杂波分量。此时就可以利用杂波数据来估计阵元误差。

Le Chevalier F等人提出基于相邻阵元干涉的方法。该方法以一个阵元作为参考阵元，利用参考阵元与其它阵元接收回波间相位历程的关系来估计阵元误差。该方法运算量低，但是在杂噪比较低、驻留时间较短的情况下性能较差。Melvin WL等人提出基于主瓣杂波特征矢量的方法。该方法取主瓣杂波对应的多普勒频率的数据计算空域协方差矩阵，然后将空域协方差矩阵特征分解取最大特征值对应的特征矢量作为实际的导向矢量。该方法在雷达多普勒分辨率较高时可以取得较好的效果，然而机载动目标显示雷达为了实现对运动目标较高的重访率，其在单个波位发射的脉冲数目较少，此时用主瓣杂波特征矢量法来估计阵元误差时，其估计性能下降。

发明内容

本发明提供了一种基于矩阵1范数拟合的阵元误差估计方法，以提高基于空时自适应处理的运动目标的参数估计与定位性能。

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于矩阵1范数拟合的阵元误差估计方法，其特征在于，包括：建立带有阵元误差的杂波数据信号模型，所述带有阵元误差的杂波数据信号模型包括阵元误差矩阵、杂波空时导向矢量矩阵和杂波复幅度矢量的乘积；根据所述带有阵元误差的杂波数据信号模型建立杂波数据矩阵作为杂波数据第一矩阵，所述杂波数据第一矩阵包括阵元误差矩阵、杂波空时导向矢量矩阵和杂波复幅度矢量矩阵的乘积；计算空时导向矢量字典矩阵，并依据所述空时导向矢量字典矩阵重构杂波数据矩阵作为杂波数据第二矩阵，所述杂波数据第二矩阵包括杂波空时导向矢量字典矩阵和待估计的杂波复幅度矩阵的乘积；将所述杂波数据第二矩阵转换为块稀疏优化问题，采用稀疏恢复算法估计所述待估计的杂波复幅度矩阵，得到估计后的杂波复幅度矩阵，将所述估计后的杂波复幅度矩阵代入所述杂波数据第二矩阵得到重构后的杂波数据；依据所述带有阵元误差的杂波数据信号模型对所述重构后的杂波数据进行修正，得到杂波数据第三矩阵；将所述杂波数据第三矩阵转换为稀疏矩阵拟合的优化问题，通过矩阵的1范数拟合实际的量测数据与所述重构后的杂波数据以估计所述阵元误差矩阵。

优选地，所述建立带有阵元误差的杂波数据信号模型，包括：

1a)设置雷达系统参数，接收回波数据，所述回波数据包括杂波分量和噪声分量；机载脉冲多普勒雷达在一个相干处理间隔内发射M个脉冲，脉冲重复频率为f_r。雷达工作波长为λ。阵列为由N个阵元组成的等距线阵，阵元间距为d。载机速度为v，载机高度为h；

1b)将所述雷达在每个距离单元接收的空时快拍数据表示出来，雷达在每个距离单元接收的空时快拍数据为x＝x_c+x_n，其中，x_n表示噪声分量，x_c表示杂波分量；

1c)对应于单个杂波距离环，所述雷达接收的所述杂波分量的信号形式为

其中，N_c为杂波数目，i表示杂波的计数，α_i为杂波的复幅度矢量，v_i为杂波的空时导向矢量；