[发明专利]一种匹配滤波结合稀疏反演的脉冲压缩方法

说明书

本发明涉及一种匹配滤波结合稀疏反演的脉冲压缩方法，属雷达信号处理技术领域。通过本发明包括四个步骤，首先建立匹配滤波雷达回波信号模型，然后在所述雷达回波信号模型基础上建立稀疏反演框架，实现在中等信噪比情况下有效抑制匹配滤波的主瓣展宽和副瓣抬升，利用稀疏反演压制在低信噪比情况下由匹配滤波的模糊调制造成的目标主瓣展宽和副瓣抬高现象，大大提高目标分辨能力；利用稀疏反演直接估计目标后向散射系数，实现在低信噪比情况下成功压制噪声对目标回波的干扰，有效提高目标检测的准确度。解决了现有单独采用匹配滤波法进行脉冲压缩处理，因匹配滤波的模糊调制和雷达接收机热噪声造成的目标主瓣展宽、副瓣抬升的问题。

技术领域

本发明涉及一种匹配滤波结合稀疏反演的脉冲压缩方法，属雷达信号处理技术领域。

背景技术

脉冲压缩波形广泛应用于雷达系统，目前雷达系统普遍采用匹配滤波法进行脉冲压缩处理，该法以最大信噪比为准则实现最佳线性滤波和最大化积累信号能量。然而，依据模糊原理可知，匹配滤波法实际上是对真实目标的一种函数调制，以具有一定宽度的主瓣和高频副瓣的形式体现。在实际工程应用中，受限于元器件的稳定性，发射波形通常存在不同程度的幅相扰动而与设计波形产生差异，导致脉冲压缩处理信号的主瓣畸变和副瓣抬高；此外，发射波形与雷达接收机的热噪声往往无法做到完全正交，会进一步造成副瓣抬升，使得脉冲压缩处理结果无法达到理想的主副瓣比，严重降低对目标的分辨能力；且在低信噪比情况下无法实现最优检测。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种匹配滤波结合稀疏反演的脉冲压缩方法，通过首先建立匹配滤波后雷达回波信号模型，再利用稀疏反演压制在低信噪比情况下由匹配滤波造成的目标主瓣展宽和副瓣抬高现象，提高目标信噪比和分辨能力；利用稀疏反演框架直接估计目标后向散射系数，实现在低信噪比情况下压制噪声对目标回波的干扰，有效提高目标检测的准确度。解决单独采用匹配率波法进行脉冲压缩处理，因匹配滤波的模糊调制及雷达接收机热噪声造成的目标主瓣展宽和副瓣抬升的问题。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种匹配滤波结合稀疏反演的脉冲压缩方法，包括匹配滤波器、稀疏反演框架，其特征在于：所述匹配滤波结合稀疏反演的脉冲压缩方法是通过包括如下步骤实现的：

步骤一、通过信号卷积模型和匹配滤波原理建立匹配滤波后雷达回波信号模型

式中：为经过匹配滤波后的输出回波信号，为算子，为考虑了球面扩散及电磁波传播损耗的目标后向散射复包络，为发射波形的复共轭，为卷积算子，为发射波形；当且仅当算子为狄拉克函数时，匹配滤波器满足，否则匹配滤波器输出为算子对真实目标后向散射系数的模糊调制，一般情况下算子的影响不可忽视；

步骤二、在步骤一基础上建立稀疏反演框架

1）根据目标后向散射复包络的估计问题可以描述为一个典型的反问题，定义如下目标函数：

式中：为目标函数，为目标函数的最小化寻优解；

2）目标函数的最小化寻优解为：根据步骤一所述的雷达回波信号模型公式（1）计算的回波信号与匹配滤波后输出的回波信号的残差在最小二乘意义下最小；

3）为便于问题分析与数值实现，公式（2）可变形如下：

其中，算子的矩阵表达如下：

；

步骤三、对公式（3）进行正则化处理，引入对目标的稀疏性约束如下：

其中为向量的1范数，为介于0至1之间的正实数，用于调节正则化在反问题中的权重；