基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法，其步骤包括：利用外辐射源雷达的阵列天线接收目标的回波信号和外辐射源的直达波信号，进行距离

【技术实现步骤摘要】
基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法


[0001]本专利技术属于电子
，特别涉及一种基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法。

技术介绍

[0002]目前，在雷达、声纳和无线通信系统中，阵列信号到达方向(DOA)的估计问题一直是信号处理领域的研究热点而且具有广泛的应用，目前高分辨率自适应DOA估计方法主要包括MVDR(minimum variance distortionlessresponse)、MUSIC(multiple signal classification)和协方差匹配法等。这些方法都是基于空间协方差矩阵来实现，然而，由于目标的高速运动以及多径传播带来的影响，或是面对突发目标，导致得到的快拍数据十分有限，造成了空间协方差矩阵的不准确估计，从而导致MVDR、MUSIC等方法估计准确度大大下降，因此，对于单快拍数据的DOA估计方法的探索研究具有重要意义。
[0003]随着压缩感知(Compressed sensing)技术的发展，基于稀疏信号恢复的DOA估计的研究大量涌现，近些年来，OMP(Orthogonal Matching Pursuit，正交匹配追踪)和l1范数最小化等稀疏恢复算法已被应用到该类问题的研究中，尽管这些工作给出了其算法的合理依据，但是这些算法具有严苛的适用条件，不仅其测量矩阵需要满足RIP条件，而且其RIC常数(Restricted Isometry Constant,有限等距常数)也要满足一些性质，然而验证给定矩阵的RIP条件本身就是一个NP
‑
HARD问题，目前的RIP估计结论仅适用于随机矩阵，但是在实际应用中，利用实际目标采集数据获取的DOA测量矩阵难以满足这样的随机结构，因此很难直接验证其RIP条件，所以模型理论在实际场景的实用性难以得到充分的保证。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：本专利技术提供一种基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法，能够有效地根据接收阵列的单快拍数据实现多目标来波方向的估计，提高系统的目标多目标定位能力。
[0005]本专利技术公开了一种基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法，其步骤包括：
[0006]S1、利用外辐射源雷达的阵列天线接收目标的回波信号和外辐射源的直达波信号，对接收到的回波信号和直达波信号进行距离
‑
多普勒两维的互模糊计算，得到互模糊计算结果，针对目标对应的距离
‑
多普勒单元及相应的互模糊计算结果，构造观测向量；
[0007]S2、将目标的角度估计范围划分为若干个区域，在每个区域内选取网格点，构建网格点选择集合，利用网格点选择集合生成目标基准字典矩阵，并根据目标基准字典矩阵生成偏移估计矩阵，利用目标基准字典矩阵和偏移估计矩阵构造表示字典矩阵；
[0008]S3、根据观测向量与表示字典矩阵构建非凸替代稀疏求解模型，并根据非凸替代函数，利用不动点迭代算法对非凸替代稀疏求解模型进行求解，得到非凸替代稀疏求解模型的解向量；非凸替代稀疏求解模型的解向量的前半部分元素对应每个区域内所选取的网
格点，后半部分元素对应每个区域内所选取的网格点的修正量；
[0009]S4、构建合理性判断函数，计算非凸替代稀疏求解模型的解向量的合理性判断函数值，进行网格合理性判断，并根据判断结果得到每个目标的来波方向的估计值。
[0010]所述步骤S1，其具体包括：利用外辐射源雷达的第一阵列天线接收目标的回波信号，使外辐射源雷达的第二阵列天线的接收波束指向外辐射源，使其接收外辐射源的辐射信号，将其作为直达波信号；
[0011]对直达波信号进行离散采样后得到离散变量dr(n)，其中n＝1,2,....N，N为离散变量dr(n)的序列长度；外辐射源雷达的第一阵列天线包括M路天线，且天线间距等于直达波信号的半波长，则第一阵列天线的第m路天线接收到目标的回波信号的离散表达式为:
[0012][0013]其中,N
c
为目标数量，θ
i
为第i个目标的回波信号的来波方向，a
i,m
为第一阵列天线的第m路天线接收到的第i个目标的回波信号的幅度，τ
i
和f
i
分别为第i个目标的回波信号的相对于直达波的时延与频延，A
m
(θ
i
)为第m路天线的利用角度θ
i
生成的导向矢量元素，其表达式为：
[0014][0015]其中d是外辐射源雷达的第一阵列天线的天线间距，λ是直达波信号的波长，M为天线数目；
[0016]将阵列天线接收到的回波信号与直达波信号进行距离
‑
多普勒两维的互模糊计算，则第一阵列天线的每路天线接收到的回波信号的互模糊计算结果表示为，
[0017][0018]其中，Φ
m
(τ,f)为第一阵列天线的第m路天线接收到的回波信号在时延τ和频延f下的互模糊计算结果，dr
*
(n
‑
τ)表示时延为τ的离散变量dr(n)的共轭转置；
[0019]当N
c
个目标的时延和频延均位于同一个距离—多普勒单元(τ
*
,f
*
)时，则该距离—多普勒单元对应的互模糊计算结果表示为，
[0020][0021]其中，B
i
(τ
*
,f
*
)表示第i个目标对应的回波信号的复包络在距离—多普勒单元(τ
*
,f
*
)下的取值，w
m
(τ
*
,f
*
)表示第m路天线接收到的回波信号在该距离—多普勒单元(τ
*
,f
*
)上的接收噪声，将第一阵列天线接收到的回波信号的互模糊计算结果，按照第一阵列天线的天线位置顺序进行排列，得到观测向量b，其表达式为：
[0022]b＝[Φ1(τ
*
,f
*
),Φ2(τ
*
,f
*
)，...，Φ
M
(τ
*
,f
*
)]，
[0023]从而得到观测向量。
[0024]所述步骤S2，其具体包括：
[0025]S21，根据目标所在方向范围确定其角度估计范围[θ
min
,θ
max
]，将目标的角度估计
范围均匀划分为G个区域，按照区域内角度值由小及大的顺序，在角度取值最小的区域内随机选取网格点，然后在下一区域内随机选取网格点α，利用所有选取的网格点生成网格点选择集合Γ；
[0026]S22，利用网格点选择集合Γ生成基准字典矩阵F，F∈C
M
×
|Γ|
，C
M
×
|Γ|
表示M行|Γ|列的复数矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法，其特征在于，其步骤包括：S1、利用外辐射源雷达的阵列天线接收目标的回波信号和外辐射源的直达波信号，对接收到的回波信号和直达波信号进行距离
‑
多普勒两维的互模糊计算，得到互模糊计算结果，针对目标对应的距离
‑
多普勒单元及相应的互模糊计算结果，构造观测向量；S2、将目标的角度估计范围划分为若干个区域，在每个区域内选取网格点，构建网格点选择集合，利用网格点选择集合生成目标基准字典矩阵，并根据目标基准字典矩阵生成偏移估计矩阵，利用目标基准字典矩阵和偏移估计矩阵构造表示字典矩阵；S3、根据观测向量与表示字典矩阵构建非凸替代稀疏求解模型，并根据非凸替代函数，利用不动点迭代算法对非凸替代稀疏求解模型进行求解，得到非凸替代稀疏求解模型的解向量；非凸替代稀疏求解模型的解向量的前半部分元素对应每个区域内所选取的网格点，后半部分元素对应每个区域内所选取的网格点的修正量；S4、构建合理性判断函数，计算非凸替代稀疏求解模型的解向量的合理性判断函数值，进行网格合理性判断，并根据判断结果得到每个目标的来波方向的估计值。2.如权利要求1所述的基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法，其特征在于，所述步骤S1，其具体包括：利用外辐射源雷达的第一阵列天线接收目标的回波信号，使外辐射源雷达的第二阵列天线的接收波束指向外辐射源，使其接收外辐射源的辐射信号，将其作为直达波信号；对直达波信号进行离散采样后得到离散变量dr(n)，其中n＝1,2,....N，N为离散变量dr(n)的序列长度；外辐射源雷达的第一阵列天线包括M路天线，且天线间距等于直达波信号的半波长，则第一阵列天线的第m路天线接收到目标的回波信号的离散表达式为:其中,N
c
为目标数量，θ
i
为第i个目标的回波信号的来波方向，a
i,m
为第一阵列天线的第m路天线接收到的第i个目标的回波信号的幅度，τ
i
和f
i
分别为第i个目标的回波信号的相对于直达波的时延与频延，A
m
(θ
i
)为第m路天线的利用角度θ
i
生成的导向矢量元素，其表达式为：其中，d是外辐射源雷达的第一阵列天线的天线间距，λ是直达波信号的波长，M为天线数目；将阵列天线接收到的回波信号与直达波信号进行距离
‑
多普勒两维的互模糊计算，则第一阵列天线的每路天线接收到的回波信号的互模糊计算结果表示为，其中，Φ
m
(τ,f)为第一阵列天线的第m路天线接收到的回波信号在时延τ和频延f下的互模糊计算结果，dr
*
(n
‑
τ)表示时延为τ的离散变量dr(n)的共轭转置；
当N
c
个目标的时延和频延均位于同一个距离
‑
多普勒单元(τ
*
，f
*
)时，则该距离
‑
多普勒单元对应的互模糊计算结果表示为，其中，B
i
(τ
*
，f
*
)表示第i个目标对应的回波信号的复包络在距离
‑
多普勒单元(τ
*
，f
*
)下的取值，w
m
(τ
*
，f
*
)表示第m路天线接收到的回波信号在该距离
‑
多普勒单元(τ
*
，f
*
)上的接收噪声，将第一阵列天线接收到的回波信号的互模糊计算结果，按照第一阵列天线的天线位置顺序进行排列，得到观测向量b，其表达式为：b[Φ1(τ
*
，f
*
)，Φ2(τ
*
，f
*
)，
…
，Φ
M
(τ
*
，f
*
)]，从而得到观测向量。3.如权利要求2所述的基于外辐射源雷达的单快拍多目标来波方向估计方法，其特征在于，所述步骤S2，其具体包括：S21，根据目标所在方向范围确定其角度估计范围[θ
min
，θ
max
]，将目标的角度估计范围均匀划分为G个区域，按照区域内角度值由小及大的顺序，在角度取值最小的区域内随机选取网格点，然后在下一区域内随机选取网格点α，利用所有选取的网格点生成网格点选择集合Γ；S22，利用网格点选择集合Γ生成基准字典矩阵F,F∈C
M
×
|Γ|
，C
M
×
|Γ|
表示M行|Γ|列的复数矩阵集合，|Γ|为集合Γ中的元素个数，F的列向量的表示式为：F
i
＝[A1(α
i
)，A2(α
i
)
…
，A
M
(α
i
)]
T
，其中，F
i
表示矩阵F的第i个列向量，α
i
∈Γ，计算矩阵F的相干性μ(F)，其计算公式为：S23，判断所生成的基准字典矩阵的相干性是否大于等于判断阈值ε，如果大于等于判断阈值ε，则将网格点α从网格点选择集合Γ中剔除，再从网格点α所在的区域重新选取网格点，再次生成网格点选择集合，返回步骤S22；如果网格点的选取次数达到上限，进入步骤S24；如果所生成的基准字典矩阵的相干性小于判断阈值ε，进入步骤S25；S24，选择当前选取的网格点所在的区域的取值位于区域中间的中间点作为新的网格点，将其作为该区域内所最终选择的网格点加入网格点选择集合中，再按照区域内角度值由小及大的顺序，在下一区域内随机选取网格点并且也将其加入网格点选择集合中，进入步骤S22，如果所有区域的网格点均已经选择完毕，进入步骤S26；S25，在网格点选择集合Γ中保留当前网格点，按照区域内角度值由小及大的顺序，进入下一区域内选取网格点，再次生成网格点选择集合，进入步骤S22，如果所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩兴斌，刘春恒，刘阳，侯进永，臧晴，魏斌斌，岳秀清，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：