基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法技术

本发明专利技术提出一种基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法，主要解决现有技术计算复杂、运算量大和分辨率低的问题。实现方案是：接收捷变频雷达回波信号；通过数字下变频，获得捷变频雷达基带回波信号矩阵；通过脉冲压缩，获得捷变频雷达脉冲压缩后的回波信号矩阵；通过捷变频雷达距离分辨率和捷变频雷达回波信号的跳变载频，构建雷达回波信号基矩阵；利用子空间正交投影算法得到雷达回波信号基矩阵在噪声子空间中的投影矩阵；利用噪声子空间的投影矩阵获得目标的准确位置。本发明专利技术采用的子空间正交投影算法能够准确估计目标的位置，分辨率高、复杂度低、易于工程化应用，可应用于雷达目标的检测。

【技术实现步骤摘要】
基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法
本专利技术属于雷达信号处理
，特别涉及雷达信号处理中的目标参数估计，具体是一种基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法，可应用于雷达目标的检测。
技术介绍
随着电子信息技术的发展，雷达系统在战场上面临的电磁干扰环境日趋复杂，捷变频雷达通过发射载频随机跳变的线性调频信号，可以有效的对抗窄带瞄准式干扰和欺骗式干扰，提升了雷达系统在复杂战场环境下的生存能力，成为雷达抗干扰最重要的技术措施之一。但是，由于捷变频雷达载频的随机跳变导致传统的相参积累技术无法准确估计目标参数。因此，捷变频雷达目标参数估计成为重要的研究问题之一。针对捷变频雷达目标参数估计方法，目前已有的研究主要有：西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于非参数迭代自适应的捷变频雷达目标重构方法”(申请号201911100821.1，申请公开号CN110954883A)中公开了一种基于非参数迭代自适应的捷变频雷达目标重构方法。该方法通过构建观测矩阵并将其类比到阵列流形矩阵之后，将非参数迭代自适应算法引入捷变频雷达信号的压缩感知求解过程，实现了无需稀疏度等额外参数条件下目标的准确重构。该方法存在的不足之处是，非参数迭代自适应算法的计算复杂、运算量大，导致工程化应用不易实现。中国人民解放军国防科学技术大学在其申请的专利文献“脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法”(申请号201710152372.X，申请公开号CN106646446A)中公开了一种脉冲压缩捷变频雷达的动目标检测方法，该方法首先对快-慢时间域回波矩阵快时间域内的每一个回波脉冲均进行匹配滤波，然后对匹配滤波后的快-慢时间域回波矩阵中慢时间域内的每一个脉冲数据列均进行快速傅里叶变换，从而实现脉冲间的相参积累，完成对动目标的检测。该方法存在的不足之处是，在快时间域内仅进行了匹配滤波，未在距离向上合成高分辨距离单元，导致距离向上的分辨力低。从现有的技术和披露出的信息可以看出，现有的捷变频雷达参数估计方法存在计算复杂，运算量大，工程化不易实现，距离向分辨力低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种运算简单，易于工程化实现，分辨率高的基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法。本专利技术是一种基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)接收捷变频雷达回波信号捷变频雷达发射脉冲间载频随机跳变的线性调频信号，通过雷达接收机接收含有目标信息的回波信号(2)获得捷变频雷达基带回波信号矩阵(2a)将接收到的雷达回波信号与对应发射的线性调频信号的复共轭相乘，得到基带回波信号；(2b)将一个相干处理间隔内获得的基带回波信号，按照接收到的雷达回波信号的顺序依次排列，得到基带回波信号矩阵(3)获得捷变频雷达脉冲压缩后的回波信号矩阵：将基带回波信号矩阵与雷达基带发射信号的复共轭卷积相乘，得到脉冲压缩后的回波信号矩阵(4)构建雷达回波信号基矩阵Φ：根据捷变频雷达回波信号的参数计算捷变频雷达距离分辨率Δr：其中，Δr表示捷变频雷达距离分辨力，c表示光速，N表示雷达发射信号总跳频个数，Δf表示雷达发射信号的最小跳频间隔；通过捷变频雷达距离分辨率Δr和捷变频雷达回波信号的跳变载频构建雷达回波信号基矩阵Φ；(5)利用子空间正交投影得到雷达回波信号基矩阵Φ在噪声子空间中的投影矩阵η：利用脉冲压缩后的信号矩阵得到协方差矩阵V，将协方差矩阵V进行特征值分解，排序后，张成两个相互正交的子空间，利用子空间与雷达回波信号基矩阵Φ得到投影矩阵η；(5a)对脉冲压缩后的回波信号矩阵共轭转置，将共轭转置后的矩阵与脉冲压缩后的信号矩阵相乘，得到脉冲压缩后的信号矩阵的协方差矩阵V；(5b)对脉冲压缩后的信号矩阵的协方差矩阵V进行特征值分解；(5c)将分解后的特征值从小到大依次排序，选取最大特征值对应的特征向量，张成信号子空间Sm，剩余特征值对应的特征向量张成噪声子空间Sn；(5d)将噪声子空间Sn共轭转置与雷达回波信号基矩阵Φ相乘，得到雷达回波信号基矩阵Φ在噪声子空间中的投影矩阵η；(6)获得目标的位置：对噪声子空间中的投影矩阵η共轭转置，将共轭转置后的投影矩阵与噪声子空间中的投影矩阵相乘，将相乘结果取倒数，得到雷达回波数据的高分辨距离像P，比较其中各点幅值，幅值最大点对应的横坐标即为目标所在位置。本专利技术解决了捷变频雷达在目标参数估计时计算复杂度高、分辨力低的问题。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：提高了目标检测效率，易于工程化实现：本专利技术用特征值分解将脉冲压缩后的信号矩阵的协方差矩阵进行分解，获得两个相互正交的子空间，再将雷达回波信号基矩阵投影到子空间中，实现了捷变频雷达目标参数的估计，与现有技术相比，省去了反复迭代的运算过程，极大简化了运算步骤，使得本专利技术有效的降低了计算复杂度，提升了捷变频雷达目标检测效率且易于工程化实现。提高了目标检测分辨力：本专利技术所构建的雷达回波信号基矩阵中的距离分辨力与雷达发射信号的总跳频个数成反比，使得本专利技术具有很高的分辨力和估计精度，提高了捷变频雷达目标检测的分辨力。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是用本专利技术对雷达目标参数估计的仿真结果图；图3是本专利技术与现有技术运算消耗时间对比曲线图。具体实施方案以下结合附图和实施例对本专利技术详细描述。实施例1传统雷达通过发射载频固定的线性调频信号来对目标进行探测，但随着战场电磁环境的日趋复杂，传统雷达在战场上的生存能力大大降低，捷变频雷达通过载频的随机跳变，可有效对抗窄带瞄准式干扰和欺骗式干扰。但是，由于捷变频雷达载频的随机跳变导致传统的相参积累技术无法准确估计目标参数。为此，现有技术提出了许多目标参数估计方法，但现有技术中仍存在计算复杂，运算量大，工程化不易实现，距离向分辨力低的问题。针对上述问题，本专利技术经过研究提出了一种基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法，解决了捷变频雷达在目标参数估计时计算复杂度高、分辨力低的问题。本专利技术是一种基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法，参见图1，包括有如下步骤：(1)接收捷变频雷达回波信号捷变频雷达在一个相干处理间隔中共发射Q个脉冲间载频随机跳变的线性调频信号，捷变频雷达发射信号经过目标反射后，通过雷达接收机接收含有目标信息的回波信号(2)采用数字下变频获得捷变频雷达基带回波信号矩阵(2a)将接收到的雷达回波信号与对应发射的线性调频信号的复共轭相乘，对雷达回波信号进行数字下变频处理，得到基带回波信号。(2b)将一个相干处理间隔内获得的基带回波信号，按照接收到的雷达回波信号的顺序依次排列，得到基带回波信号矩阵(3)获得捷变频雷达脉冲压缩后的回波信号矩阵：将基带回波信号矩阵与雷达基带发射信号的复共轭卷积相乘，得到脉冲压缩后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法，其特征在于，包括有如下步骤：/n(1)接收捷变频雷达回波信号

【技术特征摘要】
1.一种基于子空间正交投影的捷变频雷达目标参数估计方法，其特征在于，包括有如下步骤：
(1)接收捷变频雷达回波信号捷变频雷达发射脉冲间载频随机跳变的线性调频信号，通过雷达接收机接收含有目标信息的回波信号
(2)获得捷变频雷达基带回波信号矩阵
(2a)将接收到的雷达回波信号与对应发射的线性调频信号的复共轭相乘，得到基带回波信号；
(2b)将一个相干处理间隔内获得的基带回波信号，按照接收到的雷达回波信号的顺序依次排列，得到基带回波信号矩阵
(3)获得捷变频雷达脉冲压缩后的回波信号矩阵：将基带回波信号矩阵与雷达基带发射信号的复共轭卷积相乘，得到脉冲压缩后的回波信号矩阵
(4)构建雷达回波信号基矩阵Φ：根据捷变频雷达回波信号的参数计算捷变频雷达距离分辨力Δr：



其中，Δr表示捷变频雷达距离分辨力，c表示光速，N表示雷达发射信号总跳频个数，Δf表示雷达发射信号的最小跳频间隔；
通过捷变频雷达距离分辨力Δr和捷变频雷达回波信号的跳变载频构建雷达回波信号基矩阵Φ；
(5)利用子空间正交投影得到雷达回波信号基矩阵Φ在噪声子空间中的投影矩阵η：利用脉冲压缩后的信号矩阵得到协方差矩阵V，将协方差矩阵V进行特征值分解，排序后，张成两个相互正交的子空间，利用子空间与雷达回波信号基矩阵Φ得到投影矩阵η；
(5a)对脉冲压缩后的回波信号矩阵共轭转置，将共轭转置后的矩阵与脉冲压缩后的信号矩阵相乘，得到脉冲压缩后的信号矩阵的协方差矩阵V；
(5b)对脉冲压缩后的信号矩阵的协方差矩阵V进行特征值分解；
(5c)将分解后的特征值从小到大依次排序，选取最大特征值对应的特征向量，张成信号子空间Sm，剩余特征值对应的特征向量张成噪声子空间Sn；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：全英汇，刘智星，高霞，冯伟，张瑞，邢孟道，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61