一种面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法技术

本发明专利技术公开了一种面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，其特征在于，包括：基于目标距离单元对目标的回波信号进行L次数字采样快拍，得到M个天线阵元的L次数字采样快拍数据；通过奇异值分解技术处理采样矩阵，得到降维后的回波数据向量；构建搜索空域字典，并将整个搜索空域字典分为J份；利用正交匹配追踪算法对目标的仰角进行初步估计，得到目标初始估计仰角与对应的K个目标的稀疏系数向量；基于目标初始估计仰角与稀疏系数向量，对网格扰动量和目标稀疏向量的估计通过交替迭代的方法进行更新，通过网格扰动将网格点更新到目标真实仰角位置，进而得到目标的仰角估计值。本发明专利技术提高了雷达对低空目标的角度估计性能。提高了雷达对低空目标的角度估计性能。提高了雷达对低空目标的角度估计性能。

【技术实现步骤摘要】
一种面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法


[0001]本专利技术属于雷达
，具体涉及一种面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，适用于米波雷达对低空目标的仰角估计。

技术介绍

[0002]随着近年来飞行器的飞行技术的发展，雷达对于目标探测手段的精度需求日益迫切。然而，由于米波雷达的波束较宽，当探测目标低空运动时，受到由地面反射的多径回波的影响，强相干的直达波信号与多径反射信号同时从同一波束被雷达接收阵列接收，米波雷达的仰角估计性能将被严重影响。因此，如何改善米波雷达低仰角目标测量性能是使米波雷达具备更优秀性能的关键问题之一。
[0003]近年来，基于阵列信号的超分辨算法应用于米波雷达的仰角估计上，比较典型的就是稀疏重构类算法，其最大的优点在于无需已知信源个数、不受相干性影响、能在较少快拍数的情况下获得不错的俯仰角估计精度，这解决了特征子空间类算法对快拍数要求过高的问题，为满足低仰角测量场景的实时性提出了一种有效的解决思路。但缺点在于稀疏重构算法是通过为空域划分若干网格形成字典进行估计，对未落在网格格点上的离网目标只能取最近网格点进行近似，这将导致针对离网目标的仰角估计存在较大精度限制。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]一种面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，所述稀疏重构仰角估计方法包括：
[0006]步骤1、米波阵列雷达向其探测范围的目标发射M维的信号后接收来自目标的回波信号；
[0007]步骤2、基于目标距离单元对所述目标的回波信号进行L次数字采样快拍，得到M个天线阵元的L次数字采样快拍数据；
[0008]步骤3、根据第m个天线阵元回波的第l次数字采样快拍数据得到采样矩阵，通过奇异值分解技术处理所述采样矩阵，得到降维后的回波数据向量，0＜m≤M；
[0009]步骤4、基于所述米波阵列雷达的角度搜索范围和多径信号的回波模型，构建搜索空域字典，并将整个搜索空域字典分为J份，其中，J>M；
[0010]步骤5、基于降维后的回波数据向量和搜索空域字典，利用正交匹配追踪算法对目标的仰角进行初步估计，得到目标初始估计仰角与对应的K个目标的稀疏系数向量；
[0011]步骤6、基于目标初始估计仰角与稀疏系数向量，对网格扰动量和目标稀疏向量的估计通过交替迭代的方法进行更新，通过网格扰动将网格点更新到目标真实仰角位置，进而得到目标的仰角估计值。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述米波阵列雷达包括M个半波长间距布阵的各向同性阵元垂直于阵地平面放置。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤2包括：
[0014]步骤2.1、通过对所述目标的回波信号进行脉冲压缩处理和动目标检测，确定目标所在的目标距离单元；
[0015]步骤2.2、在所述目标距离单元处对所述目标的回波信号进行L次数字采样快拍，得到所述M个天线阵元的L次数字采样快拍数据。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤3包括：
[0017]步骤3.1、将第m个天线阵元回波的L次数字采样快拍数据按照顺序进行排列，得到第m个天线阵元探测目标的回波的采样矢量；
[0018]步骤3.2、根据M个天线阵元探测目标的回波的采样矢量得到M个天线阵元的采样矢量构成的采样矩阵；
[0019]步骤3.3、通过奇异值分解技术对所述采样矩阵进行奇异值分解，分解为M
×
M维的左奇异方阵U、M
×
L维的矩阵Λ和L
×
L维的右奇异方阵V
H
，其中，所述矩阵Λ的对角线为奇异值、其余元素为0；
[0020]步骤3.4、根据所述采样矩阵、所述右奇异方阵V
H
和M
×
1维的列向量得到降维后的回波数据向量，为L
‑
1维的零列向量。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述米波阵列雷达角度搜索范围为[θ
start
,θ
end
]，θ
start
表示所述米波阵列雷达的角度搜索最小值，θ
end
表示所述米波阵列雷达的角度搜索最大值，其中，θ
end
‑
θ
start
≤θ
3dB
，θ
3dB
表示所述米波阵列雷达向其探测范围的目标发射信号的波束半功率宽度。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述步骤4包括：
[0023]步骤4.1、获取第m个天线阵元接收到的直达波信号数据x
dm
(t)和第m个天线阵元接收到的多径波信号数据x
mm
(t)；
[0024]所述直达波信号数据x
dm
(t)为：
[0025][0026]其中，s(t)为天线阵元的发射信号，n
m
(t)为第m个天线阵元通道的加性白噪声，θ
d
为待估计的目标俯仰角；
[0027]所述多径波信号数据x
mm
(t)为：
[0028][0029]其中，θ
s
为目标的多径俯仰角，ρ为反射系数，α＝2πΔR/λ为直达波与多径波之间因时延而产生的相位差，ΔR为直达波与多径波之间的波程差；
[0030]步骤4.2、将第m个天线阵元接收到的直达波信号数据x
dm
(t)和第m个天线阵元接收到的多径波信号数据x
mm
(t)进行叠加得到第m个天线阵元接收到的复合数据x
m
(t)，并将复合数据x
m
(t)记为多径信号的回波模型；
[0031]步骤4.3、根据M个天线阵元接收到的复合数据x
m
(t)得到M个天线阵元的复合数据x
m
(t)构成的采样矩阵X(t)；
[0032]步骤4.4、根据所述采样矩阵X(t)得到复合导向矢量Φ
a
(θ
j
)，所述复合导向矢量Φ
a
(θ
j
)为：
[0033][0034]其中，Φ
a
为搜索空域字典，θ
j
为搜索空域词典的第j个原子对应的俯仰角，a(θ
j
)为俯仰角θ
j
在该雷达阵列流形下的导向矢量，Φ
a
(θ
j
)代表目标在a(θ
j
)导向矢量代表方向时接收信号的复合导向矢量，hr为阵列中心到反射面的高度差；
[0035]步骤4.5、基于所述角度搜索范围[θ
start
,θ
end
]，以固定的搜索间隔将整个空域离散为J若干个网格，每个网格的原子向量为对应的Φ
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，其特征在于，所述稀疏重构仰角估计方法包括：步骤1、米波阵列雷达向其探测范围的目标发射M维的信号后接收来自目标的回波信号；步骤2、基于目标距离单元对所述目标的回波信号进行L次数字采样快拍，得到M个天线阵元的L次数字采样快拍数据；步骤3、根据第m个天线阵元回波的第l次数字采样快拍数据得到采样矩阵，通过奇异值分解技术处理所述采样矩阵，得到降维后的回波数据向量，0＜m≤M；步骤4、基于所述米波阵列雷达的角度搜索范围和多径信号的回波模型，构建搜索空域字典，并将整个搜索空域字典分为J份，其中，J>M；步骤5、基于降维后的回波数据向量和搜索空域字典，利用正交匹配追踪算法对目标的仰角进行初步估计，得到目标初始估计仰角与对应的K个目标的稀疏系数向量；步骤6、基于目标初始估计仰角与稀疏系数向量，对网格扰动量和目标稀疏向量的估计通过交替迭代的方法进行更新，通过网格扰动将网格点更新到目标真实仰角位置，进而得到目标的仰角估计值。2.根据权利要求1所述的面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，其特征在于，所述米波阵列雷达包括M个半波长间距布阵的各向同性阵元垂直于阵地平面放置。3.根据权利要求1所述的面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1、通过对所述目标的回波信号进行脉冲压缩处理和动目标检测，确定目标所在的目标距离单元；步骤2.2、在所述目标距离单元处对所述目标的回波信号进行L次数字采样快拍，得到所述M个天线阵元的L次数字采样快拍数据。4.根据权利要求1所述的面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3.1、将第m个天线阵元回波的L次数字采样快拍数据按照顺序进行排列，得到第m个天线阵元探测目标的回波的采样矢量；步骤3.2、根据M个天线阵元探测目标的回波的采样矢量得到M个天线阵元的采样矢量构成的采样矩阵；步骤3.3、通过奇异值分解技术对所述采样矩阵进行奇异值分解，分解为M
×
M维的左奇异方阵U、M
×
L维的矩阵Λ和L
×
L维的右奇异方阵V
H
，其中，所述矩阵Λ的对角线为奇异值、其余元素为0；步骤3.4、根据所述采样矩阵、所述右奇异方阵V
H
和M
×
1维的列向量得到降维后的回波数据向量，为L
‑
1维的零列向量。5.根据权利要求1所述的面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，其特征在于，所述米波阵列雷达角度搜索范围为[θ
start
,θ
end
]，θ
start
表示所述米波阵列雷达的角度搜索最小值，θ
end
表示所述米波阵列雷达的角度搜索最大值，其中，θ
end
‑
θ
start
≤θ
3dB
，θ
3dB
表示所述米波阵列雷达向其探测范围的目标发射信号的波束半功率宽度。
6.根据权利要求5所述的面向离网目标的稀疏重构仰角估计方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4.1、获取第m个天线阵元接收到的直达波信号数据x
dm
(t)和第m个天线阵元接收到的多径波信号数据x
mm
(t)；所述直达波信号数据x
dm
(t)为：其中，s(t)为天线阵元的发射信号，n
m
(t)为第m个天线阵元通道的加性白噪声，θ
d
为待估计的目标俯仰角；所述多径波信号数据x
mm
(t)为：其中，θ
s
为目标的多径俯仰角，ρ为反射系数，α＝2πΔR/λ为直达波与多径波之间因时延而产生的相位差，ΔR为直达波与多径波之间的波程差；步骤4.2、将第m个天线阵元接收到的直达波信号数据x
dm
(t)和第m个天线阵元接收到的多径波信号数据x
mm
(t)进行叠加得到第m个天线阵元接收到的复合数据x
m
(t)，并将复合数据x
m
(t)记为多径信号的回波模型；步骤4.3、根据M个天线阵元接收到的复合数据x
m
(t)得到M个天线阵元的复合数据x
m
(t)构成的采样矩阵X(t)；步骤4.4、根据所述采样矩阵X(t)得到复合导向矢量Φ
a
(θ
j
)，所述复合导向矢量Φ
a
(θ
j
)为：其中，Φ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：纠博，徐丹蕾，罗书田，李康，刘宏伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：