基于稀疏恢复的脉压体制雷达距离超分辨方法技术

本发明专利技术提出了一种基于稀疏恢复的脉压体制雷达距离超分辨方法，主要用于解决现有的方法不适用于窄带脉冲压缩体制雷达和运算量过大的问题，其实现步骤是：对雷达回波数据进行不加窗脉压处理；利用雷达参数信息构建细分时间矩阵；通过细分时间矩阵得到模拟脉压数据矩阵，截取脉压峰值处两侧的数据得到峰值数据矩阵，构建峰值匹配的稀疏字典矩阵，采用正交匹配跟踪算法对脉压后的回波数据进行处理得到恢复矩阵，提取恢复矩阵的目标信息，得到雷达的一维超分辨距离像。本发明专利技术能够在传统脉冲压缩处理理论分辨力的基础上提高1倍以上的分辨力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
基于稀疏恢复的脉压体制雷达距离超分辨方法


[0001]本专利技术属于雷达
，更进一步涉及雷达信号处理
的一种基于稀疏恢复的脉压体制雷达距离超分辨方法，本专利技术可用于对脉压体制雷达脉压后的数据进行超分辨处理，从而在雷达带宽资源有限的情况下，获得突破瑞利限的距离超分辨能力。

技术介绍

[0002]现代雷达系统中距离分辨率是目标成像、识别以及参数估计的基础，更高的距离分辨率也是进行更高效的目标检测和分析的有效手段。雷达通过发射一定带宽的信号,对接收回波信号采用脉冲压缩方法得到雷达一维距离像,其距离分辨率与雷达信号带宽成反比关系,若要进一步提高分辨率,则需要增加信号带宽,这在实际工程应用当中代价较高。
[0003]南京国睿防务系统有限公司在其所申请的专利文献“一种雷达距离超分辨方法”(专利申请号：202111431117.1，申请公布号：CN 114167415.A)中提出了一种基于频域去斜处理和压缩感知的雷达距离超分辨方法。该方法的具体步骤如下，首先雷达接收信号进行频域去斜处理，建立多目标回波信号的距离维稀疏数学模型，利用频域去斜导向矢量构建字典矩阵，构造关于目标距离的目标函数并求解，得到超分辨距离像，从而分开距离维靠近而难以分开的目标，实现雷达距离超分辨。但是，该方法存在的不足之处是，该方法利用频域去斜导向矢量构建字典矩阵，使得该方法无法适用于非去斜处理的窄带脉压体制雷达，只能在宽带去斜体制雷达中实现距离超分辨。
[0004]中国人民解放军空军工程大学在其所申请的专利文献“基于自适应脉冲压缩的雷达目标距离超分辨方法”(专利申请号：202110609279.3，申请公布号：CN113325407.A)中公开了一种基于自适应脉冲压缩的雷达目标距离超分辨方法。该方法的具体步骤如下，首先对发射的线性调频波形进行过采样，并对其进行抽取和移位，然后，利用所得的抽取和移位序列，对雷达回波数据进行迭代自适应脉冲压缩处理，接着利用自适应脉压处理后的结果，按照过采样间隔和采样时序进行重组，从而实现对一个距离分辨单元内多个目标的超分辨。该方法能够有效分辨一个距离分辨单元内的多个目标，但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于自适应脉冲压缩处理的运算量过大，难以应用于工程实现。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于稀疏恢复的脉压体制雷达距离超分辨方法，用于解决现有宽带去斜距离超分辨方法不适用于窄带脉冲压缩体制雷达，以及现有自适应脉压处理方法运算量过大的问题。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案是，本专利技术通过利用雷达发射信号的参数构建未对准前沿的细分时间矩阵，利用所得细分时间矩阵和脉压数据公式，得到模拟脉压数据。截取脉压峰值处附近的数据得到峰值数据矩阵，按照距离门的划分构建峰值匹配的字典矩阵，通过构建的峰值匹配的字典矩阵，利用稀疏恢复算法得到超分辨距离像。现有去斜思路距离超分辨方法利用去斜导向矢量构建的字典矩阵，因而无法适用于窄带脉压体制雷达。自适
应脉压处理算法为每一个距离单元设计相应的自适应滤波器，每个距离单元的处理都需要利用到脉压回波中的所有数据，通过反复迭代得到处理结果，自适应脉压处理算法的总运算量较高，本专利技术以峰值匹配的字典矩阵作为正交匹配跟踪(Orthogonal Matching Pursuit，OMP)算法中的字典矩阵，采用OMP算法对雷达脉压后的回波数据进行稀疏恢复得到的一维超分辨距离像，由此避免产生现有自适应脉压处理的距离超分辨方法运算量过大的问题，实现了雷达距离分辨率的提升。
[0007]本专利技术的实现步骤如下：
[0008]步骤1，对雷达回波数据进行脉冲压缩：
[0009]采用不加窗脉压系数对雷达接收回波数据进行脉冲压缩处理，得到雷达脉压后的回波数据；
[0010]步骤2，构建峰值数据矩阵：
[0011]步骤2.1，计算细分时间矩阵中的每一列中每一个元素值，将所有列组成细分时间矩阵；
[0012]步骤2.2，计算细分时间矩阵中的每一列每个元素的模拟脉压数据值，用该元素的模拟脉压数据值更新细分时间矩阵中对应的元素值，得到模拟脉压数据矩阵；
[0013]步骤2.3，找到模拟脉压数据矩阵的第一列的峰值点位置z，截取第一列中第z
‑
q行到z+q行的元素，将截取长度中的所有元素作为峰值数据矩阵的第一列，以此类推，在模拟数据矩阵第k列中，截取第k列中第z
‑
q行到z+q行的元素，将截取长度中的所有元素作为峰值数据矩阵的第k列；峰值数据矩阵的维度为(2q+1)
×
K，q的取值为雷达脉压主瓣里采样点数的2到4倍的任一整数；
[0014]步骤3，构建峰值匹配的字典矩阵：
[0015]步骤3.1，构建一个维度为U
×
N的字典矩阵，矩阵的每一个元素初始为0；U＝M+2q，M的取值等于脉压后雷达回波数据的长度,N＝MK；
[0016]步骤3.2，在字典矩阵第一列至第K列中，将峰值数据矩阵的第一行至第(2q+1)行依次放入到字典矩阵的第一行到第(2q+1)行中，在字典矩阵第K+1列至第2K列中，将峰值数据矩阵的第一行至第(2q+1)行依次放入到字典矩阵的第二行到第(2q+2)行中，以此类推，在字典矩阵的第(m
‑
1)K+1列到第mK列中，将峰值数据矩阵的第一行到第(2q+1)行依次放入到字典矩阵的第m行到第m+2q行中，m＝1,2,...,M；
[0017]步骤4，在脉压后的回波数据后补2q个零，得到补零后的脉压后回波数据；
[0018]步骤5，利用峰值匹配的字典矩阵对补零后的脉压后回波数据进行稀疏恢复：
[0019]以峰值匹配的字典矩阵作为正交匹配跟踪算法中的字典矩阵，采用正交匹配跟踪算法，对补零后的脉压后回波数据进行稀疏恢复，得到恢复向量；
[0020]步骤6，提取恢复向量的目标信息：
[0021]将恢复向量中各个元素的位置转换成目标的距离位置，实现对雷达一维超分辨距离像的映射，得到雷达一维超分辨距离像。
[0022]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0023]第一，由于本专利技术利用雷达自身参数信息构建模拟脉压数据，利用脉压峰值数据构建字典矩阵，克服了现有去斜距离超分辨方法无法适用于窄带脉压体制雷达的缺点，使得本专利技术能够应用于窄带脉压体制雷达，实现了脉压体制雷达的距离超分辨。需要说明的
是，在目前的雷达系统中，大部分雷达都是采用脉压体制。
[0024]第二，由于本专利技术采用OMP算法，对脉压后的雷达回波数据进行稀疏恢复得到超分辨距离像，克服了现有技术采用自适应脉冲算法运算量较大的缺陷，使得本专利技术适合于工程应用。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的流程图；
[0026]图2是利用现有不加窗脉压系数雷达接收回波数据进行脉冲压缩的结果图；
[0027]图3是本专利技术方法对脉压后雷达回波数据进行处理的结果图。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏恢复的脉压体制雷达距离超分辨方法，其特征在于，构建峰值数据矩阵，构建峰值匹配的字典矩阵；该方法的具体步骤如下：步骤1，对雷达回波数据进行脉冲压缩：采用不加窗脉压系数对雷达接收回波数据进行脉冲压缩处理，得到雷达脉压后的回波数据；步骤2，构建峰值数据矩阵：步骤2.1，计算细分时间矩阵中的每一列中每一个元素值，将所有列组成细分时间矩阵；步骤2.2，计算细分时间矩阵中的每一列每个元素的模拟脉压数据值，用该元素的模拟脉压数据值更新细分时间矩阵中对应的元素值，得到模拟脉压数据矩阵；步骤2.3，找到模拟脉压数据矩阵的第一列的峰值点位置z，截取第一列中第z
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q行到z+q行的元素，将截取长度中的所有元素作为峰值数据矩阵的第一列，以此类推，在模拟数据矩阵第k列中，截取第k列中第z
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q行到z+q行的元素，将截取长度中的所有元素作为峰值数据矩阵的第k列；峰值数据矩阵的维度为(2q+1)
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K，q的取值为雷达脉压主瓣里采样点数的2到4倍的任一整数；步骤3，构建峰值匹配的字典矩阵：步骤3.1，构建一个维度为U
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N的字典矩阵，矩阵的每一个元素初始为0；U＝M+2q，M的取值等于脉压后雷达回波数据的长度,N＝MK；步骤3.2，在字典矩阵第一列至第K列中，将峰值数据矩阵的第一行至第(2q+1)行依次放入到字典矩阵的第一行到第(2q+1)行中，在字典矩阵第K+1列至第2K列中，将峰值数据矩阵的第一行至第(2q+1)行依次放入到字典矩阵的第二行到第(2q+2)行中，以此类推，在字典矩阵的第(m
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1)K+1列到第mK列中，将峰值数据矩阵的第一行到第(2q+1)行依次放入到字典矩阵的第m行到第m+2q行中，m＝1,2,...,M；步骤4，在脉压后的回波数据后补2q个零，得到补零后的脉压后回波数据；步骤5，利用峰值匹配的字典矩阵对补零后的脉压后回波数据进行稀疏恢复：以峰值匹配的字典矩阵作为正交匹配跟踪算法中的字典矩阵，采用正交匹配跟踪算法，对补零后的脉压后回波数据进行稀疏恢复，得到恢复向量；步骤6，提取恢复向量的目标信息：将恢复向量中各个元素的位置转换成目标的距离位置，实现对雷达一维超分辨距离像的映射，得到雷达一维超分辨距离像。2.根据权利要求1所述的基于稀疏恢复的脉压体制雷达距离超分辨方法，其特征在于：步骤1中所述脉冲压缩处理的步骤如下：第一步，根据雷达发射信号，构建雷达发射信号的不加窗脉压系数如下：其中，h表示雷达发射信号的不加窗脉压系数，表示s的第j个元素，j＝1,2,...,J，J表示雷达一个脉冲时间发射的离散序列的总长度，素，j＝1,2,...,J，J表示雷达一个脉冲时间发射的离散序列的总长度，表示取整操作，T
p
表示雷达的脉冲宽度，f
s
表示雷达的采样率，s＝[s1,s2,......

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永波，孙一凡，曹若石，邱雨铖，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：