[发明专利]冲击噪声环境下基于稀疏重构的极化双基地MIMO雷达参数估计方法

摘要

本发明提供的是一种冲击噪声环境下基于稀疏重构的极化双基地MIMO雷达参数估计方法。一，建立冲击噪声环境下的极化双基地MIMO雷达接收数据模型；二，对快拍采样数据做去冲击预处理；三，利用子空间旋转不变特性进行极化双基地MIMO雷达发射角参数估计；四，构造极化双基地MIMO雷达的稀疏字典集；五，稀疏重构极化双基地MIMO雷达接收角；六，判断是否达到最大迭代次数，若是，执行步骤七；否则令k＝k+1，返回步骤五；七，得到稀疏重构结果sk，利用索引集U得到极化双基地MIMO雷达的接收角信息，输出极化双基地MIMO雷达的发射角和接收角估计结果。本发明有更广泛的实用范围，能应用于现有的双基地MIMO雷达参数估计方法所不能解决的实际问题。

主权项

一种冲击噪声环境下基于稀疏重构的极化双基地MIMO雷达参数估计方法，其特征是：步骤一，建立冲击噪声环境下的极化双基地MIMO雷达接收数据模型；极化双基地MIMO雷达发射端由M个阵元组成均匀线阵，阵元之间间隔为dt；接收端采用极化敏感线性阵列由N对正交偶极子组成，阵元之间间隔为dr，在发射端，M个相互正交的窄带波分别从M个发射天线同时发送，在接收端，目标反射信号与发射波形匹配；设在同一范围内有P个不相干的目标，其中第p个目标的方向相对于发射阵列角度为θp，相对于接收阵列角度为φp，p＝1,2,…,P，以横电磁波传播的目标信号的电场极化状态分别用极化参量γp和ηp表示；在第l个快拍，l＝1,2,…L，接收信号矩阵表示为式中发射基带编码信号矢量的第m个元素表示为sm∈C1×K,m＝1,2,…,M，长度为K，重复间隔为Ts，且第p个目标的多普勒频率表示为fdp＝vp/λ，vp是第p个目标的速度，λ为入射信号的波长，是正比于第p个目标雷达横截面积的复振幅，W(l)表示噪声矩阵，是独立同分布的满足SαS分布的冲击噪声矢量，由特征指数α决定噪声的冲击程度；发射阵列的第p个导向矢量为接收阵列的第p个导向矢量为式中，表示Kronecker乘积，是接收信号的第p个极化矢量，其中，0≤γp≤π/2，‑π≤ηp≤π；雷达接收端通过脉冲压缩与M个发射波形相匹配，用信号来匹配，第m个匹配滤波器的输出是m＝1,2,…,M，M个匹配滤波器的输出矩阵为式中，Ar(φ,γ,η)＝[ar(φ1,γ1,η1),…,ar(φP,γP,ηP)]是接收阵列的导向矩阵，表示由发射阵列第m个阵元的导向矢量构成的对角矩阵，是信号矢量，表示与第m个发射波形匹配滤波的噪声矩阵；得到接收信号矩阵为Y(l)＝A(θ,φ,γ,η)b(l)+N(l)，式中表示Khatri‑Rao积，At(θ)＝[at(θ1),…,at(θP)]是发射阵列的导向矩阵，是匹配滤波后的噪声矩阵；步骤二，对快拍采样数据做去冲击预处理；以极化双基地MIMO雷达一次快拍采样数据为单位，构造第l次快拍采样数据的幅值上限max{|Y1(l)|,|Y2(l)|,…,|YM(l)|},式中max{}为取最大值函数；利用幅值上限以为标准对接收数据进行归一化处理，其中p的值根据冲击噪声SαS分布的特征指数α决定；步骤三，利用子空间旋转不变特性进行极化双基地MIMO雷达发射角参数估计；考虑在L次快拍采样条件下，归一化后的输出信号数据矩阵为Z＝[Z(1),Z(2),…,Z(L)]，定义输出信号的协方差矩阵对协方差矩阵进行特征值分解，输出2MN个特征值λ1≤λ2≤…≤λ2MN，e1,e2,…,e2MN分别是矩阵与特征值λ1≤λ2≤…≤λ2MN相对应的特征矢量，构造信号子空间ES＝[e2MN‑P+1,…,e2MN]，噪声子空间EN＝[e1,…,e2MN‑P]；将信号子空间利用ES分成M块，每一块为4MN×P维的矩阵，取矩阵ES的前(M‑1)块作为ES1，取矩阵ES的后(M‑1)块作为ES2；通过最小二乘法求取包含发射角参数信息的矩阵其中+表示伪逆，对矩阵Ψt进行特征值分解，特征值矩阵的对角线因素分别为根据求取极化双基地MIMO雷达的目标发射角估计值其中angle()为求相角函数，asin()为求反正弦值函数；步骤四，构造极化双基地MIMO雷达的稀疏字典集；利用目标发射角估计值构造发射阵列导向矢量估计值将极化双基地MIMO雷达接收角可能存在的范围等间隔的划分，其中D的取值由划分精度决定，大于远场窄带信号数M，接收阵列的导向矢量稀疏字典集原子为d＝1,2.…,D，式中，v＝[v1,v2,…,vp]，结合发射阵列导向矢量估计值构造极化双基地MIMO雷达的导向矢量稀疏字典集原子为信号子空间ES定义为稀疏重构的初始残差r0，设置k为稀疏重构的迭代次数，k＝1,2,…,P，初始值设定k＝1，设定索引集U，初始索引集为空集；步骤五，稀疏重构极化双基地MIMO雷达接收角；第k次迭代过程中分别计算残差rk‑1在每个极化双基地MIMO雷达的导向矢量稀疏字典集原子a(φd)上的投影值，记录最大投影系数对应的原子将其加入索引集U；利用索引集U重构原始信号，原始信号的近似解sk＝U+rk‑1＝(UTU)‑1UTrk‑1，并更新残差为步骤六，判断是否达到最大迭代次数，若是，执行步骤七；否则令k＝k+1，返回步骤五；步骤七，得到稀疏重构结果sk，利用索引集U得到极化双基地MIMO雷达的接收角信息，输出极化双基地MIMO雷达的发射角和接收角估计结果。