[发明专利]一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法，正交匹配跟踪简称OMP，该发明针对双基机载雷达杂波距离非平稳性的问题，首先估计主瓣杂波的多普勒频率，再通过改进OMP获得主瓣杂波的空间频率，进而对不同距离单元主瓣杂波分别进行补偿。仿真实验结果表明，经自适应补偿后，双基机载雷达杂波距离非平稳性有所改善，三通道联合自适应处理(3DT)改善因子在主瓣杂波区提高了约6dB。本发明自适应补偿效果好、运算量小，易于工程实施。

主权项

一种基于改进OMP的双基机载雷达自适应杂波谱补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、主瓣杂波多普勒频率估计，具体为：设双基机载雷达接收系统天线阵列阵元数即空域自由度为N，在一个相参脉冲积累CPI内时域脉冲数为K，第l个距离单元接收信号逐脉冲排列为Xl，对Xl进行快速傅里叶变换FFT，得到第l个距离单元所有多普勒单元输出信号Dl：Dl=XlFDH=[Dl_1Dl_2...Dl_K]]]>其中，FD为FFT变换矩阵，上标H表示转置，Dl_i为第l个距离单元第i个多普勒单元输出信号，1≤i≤K；对Xl通过数字波束形成DBF形成接收和波束Σl，Σl表示为：Σl＝wΣXl其中，wΣ为接收和波束权值；对接收和波束Σl进行FFT变换，得到第l个距离单元所有多普勒单元接收和波束输出信号DΣ,l：DΣ,l=ΣlFΣ,DH=[DΣ,l_1DΣ,l_2...DΣ,l_K]]]>其中，FΣ,D为和波束FFT变换矩阵，DΣ,l_i为第l个距离单元第i个多普勒单元接收和波束输出信号；对于第l个距离单元，DΣ,l中的绝对值最大值所在的多普勒单元记为l_d_max，l_d_max对应着接收机主瓣杂波的多普勒频率fd_l；步骤二、主瓣杂波空间频率估计：在第l个距离单元，对步骤一中Dl中处于l_d_max位置的多普勒单元输出信号也即最大多普勒单元输出信号Dl_d_max进行空域稀疏重构，再通过重心融合算法精确计算得到主瓣杂波空间频率，在稀疏重构中最大多普勒单元输出信号Dl_d_max为观测矢量；具体为：2.1、迭代参数初始值设置：残余矢量初始值r0＝Dl_d_max，稀疏度初始值S＝1，迭代计数量初始值t＝1，支撑集初始值Ω0为空集允许误差为||·||2为L2范数运算；经过第t次迭代估计得到稀疏重构的杂波空域幅度分布为其初始值M为N×Ns维的观测矩阵，且M是由空域导引矢量构成的一组超完备基，Ns为空域量化单元数，μp表示观测矩阵M的第p列，1≤p≤Ns；2.2、支撑集更新：根据找出观测矩阵M与残余矢量rt‑1相关性最大的列并更新支撑集其中，|<rt‑1,μp>|为求rt‑1和μp内积的绝对值，为函数f(x)取最大值时所对应的变量x的值，是求第t次迭代中使rt‑1和μp内积的绝对值最大时的列Ωt为第t次迭代获得的支撑集，由前t‑1次支撑集Ωt‑1与构成的新集合，为Ωt‑1和列的并集；2.3、稀疏重构更新：采用最小二乘估计算法求解第t次迭代估计获得的杂波空域幅度分布σ^t=argminσ^t||Dl_d_max-Ωtσ^t||2]]>其中，为函数f(x)取最小值时所对应的变量x的值，即是求第t次迭代中取最小值时的值；2.4、残余矢量更新：2.5、迭代判决：将残余矢量rt与允许误差δl进行判决，若||rt||2＞δl，则进行迭代估计，t＝t+1，线性增加稀疏度S的值即S＝S+1，重复步骤2.2至步骤2.4；若||rt||2≤δl，则停止迭代，完成稀疏重构，执行步骤2.6；2.6、在最后一次迭代估计中，结束稀疏重构时记σl_d_max即为第l个距离单元最大多普勒单元输出信号Dl_d_max经改进OMP算法稀疏重构的空域幅度分布；采用重心融合算法得到第l个距离单元主瓣杂波空间频率fs_l：fs_l=(Σq=1Nqσl_d_max,q×fs,q)/Σq=1Nqσl_d_max,q]]>其中，Nq为稀疏重构得到的σl_d_max主瓣杂波散射单元个数，fs,q为σl_d_max第q个主瓣杂波散射单元的空间频率，σl_d_max,q为σl_d_max的第q个主瓣杂波散射单元的幅度值；步骤三、主瓣杂波自适应补偿，具体为：由步骤一和步骤二得到的第l个距离单元的主瓣杂波的频谱中心为(fs_l,fd_l)，设检测距离单元主瓣杂波的频谱中心为(fs_0,fd_0)，fs_0和fd_0分别为该检测距离单元主瓣杂波的空间频率和多普勒频率，则第l个距离单元与检测距离单元的多普勒频率之差Δfd_l、空间频率之差Δfs_l分别为：Δfd_l＝fd_l‑fd_0Δfs_l＝fs_l‑fs_0因此，第l个距离单元的归一化多普勒频率补偿因子Tt_l和空间频率补偿因子Ts_l分别为：Tt_l=10...00exp(j2πΔfd_l/fr)...0............00...exp(j2π(K-1)Δfd_l/fr)]]>Ts_l=10...00exp(j2πΔfs_l)...0............00...exp(j2π(N-1)Δfs_l)]]>其中，fr为脉冲重复频率，j为虚数单位；经自适应补偿后第l个距离单元的数据为：Cl＝Ts_lXlTt_l。