基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法，该方法为：首先发射单频脉冲信号，得到多个弹头的单通道混合复数微动回波，然后将混合回波分割重排为矩阵形式，利用奇异值分解的方法，计算奇异值比，提取最大峰值可估计出每一个目标的微动周期；将混合回波按照周期分段并叠加，取平均，通过循环迭代的方法得到每一个目标在一个周期内的微动回波数据。本发明专利技术利用每一个弹头的微动周期都不相同这一先验知识，直接在时域对混合信号进行滤波，提高了信号分离的精度。

【技术实现步骤摘要】
基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法
本专利技术属于信号处理
，特别是一种基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法。
技术介绍
战略弹道导弹的飞行轨迹可分为：助推段、中段以及再入段。由于助推段位于敌方可探测范围内，而再入段的飞行时间较为短暂，中段弹头飞行持续时间较长并且稳定，是作为探测敌方导弹的最佳阶段。导弹在中段飞行时，由于不存在大气阻力，在没有姿态控制器的情况下，大多数的诱饵以及母仓爆炸形成的碎片，都作翻滚运动，只有具有姿态控制的真弹头以及个别诱饵弹头作进动或者章动，按照既定轨道飞行。此外，由于在中段时，红外辐射的能力基本上消失，导致红外探测的手段基本无效。而预警雷达具有作用距离远以及全天时、全天候的特点，在战略弹道导弹的检测、识别、以及拦截和杀伤评估等方面发挥着至关重要的作用。中段区域形成的群目标严重干扰了导弹防御系统的运作，当雷达检测到多个目标的混合回波时，其在时域和频域都是相互重叠不可分的。传统的单通道盲源分离问题是将观测信号通过一些分解方法，比如小波分解、经验模态分解等方法，将信号分解成一系列的细节信号和近似信号，与观测信号构成虚拟多通道形式，再利用经典的独立成分分析(ICA)方法进行分离。但是分解的方法以及选取的分量信号不当，都会对信号的分离带来影响。另一种常见的方法是将信号转换到稀疏域，比如时频域，利用信号在变换域里面的稀疏性，将信号分离出来，再逆变换回时域。但是弹头微动信号在时频域内是相互重叠的，无法找到一个较为稀疏的变换域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法，包括以下步骤：步骤1、对空间弹头目标发射单一频率脉冲，接收该段时间内微动群目标的单通道复数混合回波；将观测信号X切割排列成M行N列的矩阵形式，通过改变矩阵的列数，得到多个矩阵，对每一个矩阵进行奇异值分解，并计算第一个奇异值与第二个奇异值的比值；设置阈值，提取满足条件的最大峰值，即为第一个目标周期；步骤2、将弹头微动混合回波按照估计的第一个周期分段叠加，取均值，得到第一个目标的粗估计回波，用混合回波减去第一个目标的粗估计信号，得到剩余信号，直到估计的周期重复，即得到所有目标的周期；步骤3、根据估计得到的周期，对微动混合回波分别进行分段叠加，取平均值的操作，得到每个目标一个周期内的粗估计回波，通过用混合回波分别减去多个目标的粗估计回波，只剩下关于一个目标的回波，对得到的回波按照该目标的周期再次分段叠加取均值，一直循环迭代最终得到每一个目标在一个周期内的精确的复数回波。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术充分利用空间微动弹头不同的微动周期特性，对20s的混合信号按照不同的长度截断重排成矩阵形式，进行奇异值分解，并计算第一个奇异值与第二个奇异值的比值，不断改变截断长度，提取出第一个目标的周期，并用分段叠加方法估计出该目标的粗估计回波，进而得到剩余回波，再一次截断重排成矩阵，估计周期，一直到估计的周期重复结束；该方法可有效的估计出每一个目标的微动周期；(2)按照估计的周期对混合回波进行分段叠加，可以得到每一个目标的粗估计回波，观测时间越长，叠加的段数越多，估计的回波越准确。为解决观测时间较长的问题，可以采用循环迭代的方法，逐步收敛目标回波，提高目标信号分离精度。附图说明图1是本专利技术基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法的流程示意图。图2是本专利技术中单个雷达群目标系统示意图。图3是本专利技术中弹道导弹每一个目标的回波示意图。图4是本专利技术中弹道导弹群目标的混合回波示意图。图5是本专利技术中弹道导弹群目标的仿真得到的群目标周期示意图。图6是本专利技术中弹道导弹群目标分段叠加方法示意图。图7是本专利技术中三个导弹位置及尺寸示意图。图8是本专利技术中弹道导弹群目标根据图5估计的微动周期分离的目标回波示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1，本专利技术基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法，包括以下步骤：步骤1、空间群目标示意图如图2所示，对空间弹头目标发射单一频率脉冲，接收该段时间内微动群目标的单通道复数混合回波；将观测信号X切割排列成M行N列的矩阵形式，通过改变矩阵的列数，得到多个矩阵，对每一个矩阵进行奇异值分解，并计算第一个奇异值与第二个奇异值的比值；设置阈值，提取满足条件的最大峰值，即为第一个目标周期；单一频率脉冲持续时间为10～20s，这里发射持续时间20s的单一频率脉冲，可得到每一个目标的回波如图3所示。接收该段时间内微动群目标的单通道复数混合回波，如图4所示，第一个目标周期如图5所示。步骤1.1、雷达发射的窄带脉冲信号如下：其中，Tr是信号脉冲重复周期，f是信号的载频，τ是信号的脉冲宽度，且：弹头的微动回波可以转化为弹头不动，雷达视线角的相应变化，找到雷达视线角和时间的关系，可以根据静态的弹头回波得到弹头微动时的回波。在不考虑弹头的平动状态时，假设雷达发射20s的单频脉冲信号得到n个弹头微动回波为si(t),i＝1,...,n。则可得到混合回波为：X(t)＝s1(t)+s2(t)+…+sn(t)(3)步骤1.2、设置循环数NN，将单通道的微动混合回波X转换成虚拟多通道矩阵形式Xj：其中，Nj表示在第j次循环中，每一行的采样点数，并且Xj的行数可由Mj＝floor(N/Nj)决定，N表示整个序列采样点个数，函数floor(·)表示向下取整，并且他们必须满足下式，以保证有足够的采样点数。N≥Mj×Nj(5)步骤1.3、对矩阵Xj进行SVD分解：UjΣj(Vj)T＝SVD(Xj)(6)其中，U＝[u1,…,uM]∈RM×M，V＝[v1,…,vN]∈RN×N并且UTU＝I，VTV＝I，Σ∈RM×N如下所示：其中，σ1≥…≥σL≥0提取第一个奇异值σ1和第二个奇异值σ2，并计算并保存奇异值比SVR＝(σ1/σ2)的值。步骤1.4、设置阈值，将大于阈值条件的所有奇异值比的峰值提取出来，当Nj是周期时，其倍数处也会存在尖峰，提取出存在倍数关系的尖峰，并选择最大的尖峰对应的时间作为第一个源信号的周期；步骤2、将弹头微动混合回波按照估计的第一个周期分段叠加，取均值，得到第一个目标的粗估计回波，用混合回波减去第一个目标的粗估计信号，得到剩余信号，直到估计的周期重复，即得到所有目标的周期；步骤2.1、假设估计出的第一个目标周期为T1，且第一个周期的采样点个数为N，对混合回波按照第一个周期分段可得到段数为：M＝floor(20/T1)(8)其中，floor(·)表示向下取整。将得到的M段数据对应相加，求平均，可得到第一个目标一个周期内的粗估计回波：...

【技术保护点】
1.一种基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、对空间弹头目标发射单一频率脉冲，接收该段时间内微动群目标的单通道复数混合回波；将观测信号X切割排列成M行N列的矩阵形式，通过改变矩阵的列数，得到多个矩阵，对每一个矩阵进行奇异值分解，并计算第一个奇异值与第二个奇异值的比值；设置阈值，提取满足条件的最大峰值，即为第一个目标周期；/n步骤2、将弹头微动混合回波按照估计的第一个周期分段叠加，取均值，得到第一个目标的粗估计回波，用混合回波减去第一个目标的粗估计信号，得到剩余信号，直到估计的周期重复，即得到所有目标的周期；/n步骤3、根据估计得到的周期，对微动混合回波分别进行分段叠加，取平均值的操作，得到每个目标一个周期内的粗估计回波，通过用混合回波分别减去多个目标的粗估计回波，只剩下关于一个目标的回波，对得到的回波按照该目标的周期再次分段叠加取均值，一直循环迭代最终得到每一个目标在一个周期内的精确的复数回波。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对空间弹头目标发射单一频率脉冲，接收该段时间内微动群目标的单通道复数混合回波；将观测信号X切割排列成M行N列的矩阵形式，通过改变矩阵的列数，得到多个矩阵，对每一个矩阵进行奇异值分解，并计算第一个奇异值与第二个奇异值的比值；设置阈值，提取满足条件的最大峰值，即为第一个目标周期；
步骤2、将弹头微动混合回波按照估计的第一个周期分段叠加，取均值，得到第一个目标的粗估计回波，用混合回波减去第一个目标的粗估计信号，得到剩余信号，直到估计的周期重复，即得到所有目标的周期；
步骤3、根据估计得到的周期，对微动混合回波分别进行分段叠加，取平均值的操作，得到每个目标一个周期内的粗估计回波，通过用混合回波分别减去多个目标的粗估计回波，只剩下关于一个目标的回波，对得到的回波按照该目标的周期再次分段叠加取均值，一直循环迭代最终得到每一个目标在一个周期内的精确的复数回波。


2.根据权利要求1所述的基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法，其特征在于，步骤1中单一频率脉冲持续时间为10～20s。


3.根据权利要求1所述的基于微动周期的空间微动群目标单通道盲源分离方法，其特征在于，步骤1具体方法如下：
步骤1.1、雷达发射的窄带脉冲信号如下：



其中，Tr是信号脉冲重复周期，f是信号的载频，τ是信号的脉冲宽度，且：



弹头的微动回波可转化为弹头不动，雷达视线角的相应变化，找到雷达视线角和时间的关系，根据静态的弹头回波得到弹头微动时的回波；
在不考虑弹头的平动状态时，假设雷达发射20s的单频脉冲信号得到n个弹头微动回波为si(t),i＝1,...,n；则可得到混合回波为：
X(t)＝s1(t)+s2(t)+…+sn(t)(3)
步骤1.2、设置循环数NN，将单通道的微动混合回波X转换成虚拟多通道矩阵形式Xj：



其中，Nj表示在第j次循环中，每一行的采样点数，并且Xj的行数可由Mj＝floor(N/Nj)决定，N表示整个序列采样点个数，函数floor(·)表示向下取整，并且他们必须满足下式，以保证有足够的采样点数；
N≥Mj×Nj(5)
步骤1.3、对矩阵Xj进行SVD分解：
UjΣj(Vj)T＝SVD(Xj)(6)
其中，U＝[u1,…,uM]∈RM×M，V＝[v1,…,vN]∈RN×N并且UTU＝I，VTV＝I，Σ∈RM×N如下所示：



其中，σ1≥…≥σL≥0；
提取第一个奇异值σ1和第二个奇异值σ2，并计算并保存奇异值比SVR＝(σ1/σ2)的值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈如山，丁大志，樊振宏，叶晓东，何姿，蔡甜甜，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32