[发明专利]基于压缩感知的波束空间域米波雷达测高方法

摘要

本发明公开了一种基于压缩感知的波束空间域米波雷达测高方法，涉及低信噪比和快拍数较少环境下的低仰角测高。其实现过程是：从雷达回波中提取目标信号并进行仰角粗测，得到目标信号仰角所在空域Θ；将空域Θ划分为P份，在空域Θ内进行波束形成得到波束变换矩阵B，并对其进行预白化得到白化波束变换矩阵T；将接收数据投影到该白化波束变换矩阵得到波束域量测信号z，并用观测矩阵φ对z进行压缩采样得到观测信号y；利用白化波束变换矩阵T和观测信号y迭代运算得到目标信号估计值；从目标信号估计值提取目标角度，进而得到目标高度。本发明减少了目标信号的采样点数和运算量，有效降低了信号功率谱和空间谱的旁瓣，提高了低信噪比下的测高精度，可用于目标定位。

主权项

1.一种基于压缩感知的波束空间域米波雷达测高方法，包括以下步骤：1）从雷达回波中提取目标信号：x＝AS₀+n其中，A为M×K维阵列流型，S₀＝[s₁,s₂,…,s_K]^T为K×1维的信号矢量，n为M×1维的白噪声，满足零均值、方差为σ²的复高斯分布，各阵元输出噪声统计独立；2）根据信源是空域稀疏的特性，采用空间网格划分方法，将空间划分为N份，构造一个信号稀疏化后对应的M×N维阵列流型ψ和N×1维的空域稀疏信号S＝[s₁,s₂,…,s_N]^T，N＞＞K，那么目标信号x改写为：x＝ψS+n；3）使用数字波束形成法DBF对目标信号x进行仰角粗测，得到粗侧角度α，进而得到目标信号仰角所在空域O；4）将所述空域O划分为P份，P＞＞M，M表示阵元数，得到空域矩阵Θ：Θ＝[α_l,α_l+Δα,α_l+2Δα,…,α_r],其中，表示Θ的左边界，表示Θ的右边界，表示半功率波束宽度，Δα为步长，Δα=0.1°；5）在空域O内计算波束变换矩阵B；6）对波束变换矩阵B进行预白化处理，得到白化波束变换矩阵T；7）将目标信号x投影到白化波束变换矩阵T，得到波束域量测信号z＝Tx；8）用F×P维观测矩阵φ对量测信号z进行压缩采样，F＜＜P，得到F×1维的观测信号y＝Φz；9）根据观测信号y和白化波束变换矩阵T，利用贪婪追踪类算法中的正交匹配追踪方法，通过式迭代，选取一个局部最优解逐步逼近空域稀疏信号S，得到空域稀疏信号S的估计值：S^=[s^1,s^2,···,s^i,···,s^N],]]>其中，|| ||₁表示求向量1-范数，s.t表示约束条件，|| ||₂表示求向量2-范数，β为噪声标准差；10）定义目标角度范围θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_i,…,θ_N]，根据所得估计值的元素与目标角度范围θ的元素的一一对应关系，即与θ_i一一对应，得到目标测角结果θ_d：其中，d表示估计值中不为零的元素的下标，d∈[1,N]；11）根据目标测角结果θ_d和已知的目标距离R，通过三角变换得到目标高度：H＝Rsin(θ_d)。