[发明专利]基于字典学习的米波雷达低仰角目标测高方法

权利要求书

1.基于字典学习的米波雷达低仰角目标测高方法，包括：

(1)利用阵列天线接收目标回波数据X，估计该接收数据的协方差矩阵R_X；

(2)对(1)中得到的协方差矩阵R_X进行特征值分解，得到降维后的信号矢量其中，v_max为A的最大特征值，u_max为最大特征值v_max对应的特征向量；

(3)在复杂地形情况下，对地面扰动参数矩阵、目标仰角进行联合估计，得到目标仰角最终估计值：

(3a)构建整个观测空间上的完备字典D(Γ)：

D(Γ)＝[B_d,ΓB_s]，

其中，表示包含所有目标信号基向量的字典矩阵，表示第p个观测方向上的目标信号基向量,表示第p个观测方向角度，p＝1,2,…G，G表示离散化的目标信号观测方向的个数，表示包含所有多径信号基向量的字典矩阵，表示第q个观测方向上的多径信号基向量,表示第q个观测方向角度，q＝1,2,…Q，Q表示离散化的多径信号观测方向的个数，Γ＝diag[δ₁,…,δ_m,…,δ_M]表示由于不规则地面反射而引起的扰动参数矩阵，δ_m表示不规则地面反射对第m个阵元所引起的扰动参数，m＝1,2,…M，M表示阵列天线的个数；

(3b)设定最大迭代次数I＝30，令初始迭代序列k＝1，通过(3a)中构造的完备字典D(Γ)与(2)中得到的降维后信号矢量y构造如下代价函数：

其中，μ表示稀疏重构算法中的模型参数，||·||₂表示二范数，||·||₁表示一范数，γ表示信号矢量y在完备字典D(Γ)下的权重系数矢量；和分别表示对Γ和γ的估计值；

(3c)在复杂地形、反射面信息未知的情况下，将(3b)中代价函数转化为如下数学模型估计权重系数矢量：

其中，表示在第k次迭代中对权重系数矢量γ的估计值，在初始k＝1时，为一个对角线元素全为1的对角矩阵；

(3d)利用cvx凸优化工具包，对(3c)中的优化函数进行求解，得到第k次迭代权重系数矢量的估计值

(3e)利用(3d)中得到的权重系数矢量的估计值将(3b)中的优化函数转化为如下数学模型估计扰动参数矩阵：

其中，表示在第k次迭代中对扰动参数矩阵Γ的估计值；

(3f)利用cvx凸优化工具包，对(3e)中的优化函数进行求解，得到第k次迭代扰动参数矩阵的估计值

(3g)设定阈值ε＝10^-5，判断k＞I或是否成立，若成立，则终止迭代，得到最终权重系数矢量的估计值执行步骤(4)，否则，令k＝k+1，返回步骤(3c)，其中|·|表示取绝对值；

(4)通过最终权重系数矢量的估计值估计目标仰角并利用目标仰角的估计值计算出目标高度

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中的目标回波数据X，表示如下：

X＝βexp(-j2πf₀τ₀)(a(θ_d)+ρΓa(θ_s))s+N

其中，为目标回波信号复包络向量，s_l为第l次快拍时刻目标回波信号复包络，M表示阵列天线的个数，l＝1,2,…L，L为快拍数，为噪声信号矩阵，表示复数域，β为目标复散射系数，f₀为载波频率，τ₀为参考阵元到目标距离所产生的时延，ρ＝ρ₀exp(-j2πΔR/λ)表示衰减系数，ρ₀表示地面复散射系数，ΔR表示多径信号与直达波信号之间的波程差，λ表示载波波长，Γ＝diag[δ₁,…,δ_m,…,δ_M]表示由于不规则地面反射而引起的扰动参数矩阵，δ_m表示不规则地面反射对第m个阵元所引起的扰动参数，m＝1,2,…M，θ_d为目标直达波方向，θ_s为多径信号方向，a(θ_d)为目标直达波方向的阵列导向矢量，a(θ_s)为多径信号方向的阵列导向矢量。