[发明专利]一种雷达多域捷变波形设计方法及其稀疏恢复处理方法

权利要求书

1.一种雷达多域捷变波形设计方法，其特征在于：构建脉间重频编码、工作载频编码及发射天线顺序编码的多域捷变波形编码模式，根据目标场景探测需求设计所需的波形参数，通过多域捷变波形编码模式得到回波信号。

2.根据权利要求1所述的一种雷达多域捷变波形设计方法，其特征在于：其中构建脉间重频编码根据目标场景所需测速范围设计重频抖动参数包括：在经典脉冲雷达波形基础上，使每个脉冲的起始时刻在固定脉冲重复间隔前后随机抖动，设置脉间重频后两个相邻脉冲间的间隔为T_l，定义欠采样因子为时域欠采样点数为N＝Lγ，重频抖动后波形的最大不模糊速度为最大不模糊速度由ξ决定；要求相邻两脉冲时间上不重合，依据以上准则设计及ξ；

其中，T为固定脉冲重复间隔；为第l个脉冲的时间控制码字，且在取值范围内服从独立同一分布；ξ为最小时间抖动间隔；L为脉冲个数；λ为波长；T_l为两个相邻脉冲间的间隔。

3.根据权利要求1所述的一种雷达多域捷变波形设计方法，其特征在于：其中构建脉工作载频编码根据目标场景所需的距离分辨率设计载频捷变参数包括：设置第l个脉冲的工作载频为f_l，的最大取值为M，精细距离像分辨率为要求脉冲带宽大于最小调频间隔，依据以上标准来设计与Δf；

其中，f₀为初始载频；为第l个脉冲的频率控制码字，在取值范围内服从独立同一分布；Δf是最小跳频间隔；M为载频捷变点数，M由决定；c为光速。

4.根据权利要求1所述的一种雷达多域捷变波形设计方法，其特征在于：其中构建脉发射天线顺序编码根据目标场景的侧角精度设计空域捷变参数包括：基于时分复用MIMO等间隔线阵体制，发射天线依照序号发射，两个相邻脉冲之间因发射天线产生的波程差为d_l，角度分辨率为角度分辨率由H决定；依据以上标准来发射天线及接收天线的数量；

其中d_t为相邻发射天线间距；为空间控制码字，在取值范围内服从独立同一分布；θ为方位角；H为定义虚拟通道的数量，即发射天线及接收天线的数量乘积；其中d_r表示相邻接收天线的间距。

5.根据权利要求1所述的一种雷达多域捷变波形设计方法，其特征在于：多域捷变波形编码模式联合实现，根据设计的编码模式，设有I个接收阵元，在下混频并忽略高次相位项后，点目标在多域捷变波形编码模式下的第l个脉冲，得到的第i个接收阵元的回波信号可以表示为：

其中，α(t)表示基带信号；t表示快时间；R₀、V和θ分别表示目标的距离、速度和方位角度；t_l表示第l个脉冲的起始时间；c为光速；f_l为第l个脉冲的工作载频；d_l为两个相邻脉冲间因发射天线产生的波程差；d_r为表示相邻接收天线间距。

6.一种基于如权利要求1-5任一项雷达多域捷变波形设计方法的一种雷达多域捷变波形稀疏恢复处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据所述多域捷变波形编码模式设计选择矩阵，将选择矩阵和傅里叶基矩阵作积得到观测矩阵；

S2、根据目标场景的目标数量，选取相应的稀疏度，将所述回波信号及所述观测矩阵输入到子空间追踪算法中进行稀疏恢复，得到目标的距离、速度、角度信息。

7.根据权利要求6所述的一种雷达多域捷变波形稀疏恢复处理方法，其特征在于：所述步骤S1，采用稀疏恢复的处理方法，利用待观测场景中目标的稀疏先验信息完成对目标参数的准确重构，其抽象公式为

y＝Bx

其中，y为回波信号；x为待估计谱，是一个的列向量；B为观测矩阵；

所述观测矩阵B＝ΦΨ，其中，Φ为选择矩阵，选择矩阵中的元素从0或1中取值；Ψ为傅里叶基矩阵；

所述傅里叶基矩阵为：

其中，E＝e^-j2π/NMH，多域捷变波形编码的三个维度的傅里叶基矩阵作克罗内克积形成Ψ，多域捷变波形编码傅里叶基矩阵的行列数分别为N、M、H。

8.根据权利要求5所述的一种雷达多域捷变波形稀疏恢复处理方法，其特征在于：所述步骤S3，采用子空间追踪算法进行稀疏恢复处理，步骤为

S301、输入K、B、y，其中K为目标稀疏度，即最大值索引数；

S302、求Γ⁽⁰⁾＝{在B^Hy中绝对值最大的K个元素的索引}；

S303、令Bt₀＝{Γ⁽⁰⁾所对应的B的K列}；

S304、令残差r⁽⁰⁾＝y-Bt₀x₀；

其中，x₀为最小二乘法求解：

S305、设置初始值q＝0；

S306、开始循环，q＝q+1；

S307、Γ^(q)＝{在B^Hr^(q-1)中绝对值最大的K个元素的索引}；

S308、Bt_q＝{Γ^(q)所对应的B的K列}；

S309、用最小二乘法求解：

S310、残差r^(q)＝y-Bt_qx_q；

S311、当||r^(q)||₂＞||r^(q-1)||₂，结束循环；

S312、输出x_q，所述x_q为所求待估计向量，x_q展开为三个二维矩阵，分别是速度-高分辨距离维、速度-角度维、角度-高分辨距离维，即可通过峰值确定目标的距离、速度、角度。