一种基于压缩感知的雷达信号处理方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于压缩感知的雷达信号处理方法和装置，其中，该方法包括：接收雷达射频回波信号，对所述射频回波信号进行前端混频；对所述混频后的射频回波信号进行脉冲压缩，得到空时域回波信号；对所述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信号的稀疏信号；根据压缩感知技术重建所述稀疏信号。本发明的基于压缩感知的雷达信号处理方法，构建了有效的观测场景散射系数的稀疏域，建立了有效的稀疏空时回波信号模型，分析了稀疏采样下STAP地杂波特性，以减轻各种误差和非均匀性对STAP性能的影响通过本发明的方法将进一步拓展传统的STAP技术的应用领域，为雷达预警、战场侦察技术的发展提供部分理论和方法指导。
【专利说明】一种基于压缩感知的雷达信号处理方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达通信【技术领域】，具体地，涉及一种基于压缩感知的雷达信号处理 方法和装置。
【背景技术】
[0002] STAP是机载雷达抑制地杂波的有效方法，全时空STAP系统的自由度数目过大（几 百到几千），不仅难以获得收敛所需要的足够多的独立同分布训练样本，而且对如此高阶的 矩阵求逆在计算量和精确度方面也有很大的难度。在现有的条件下全时空STAP很难实现， 降维处理是实现STAP实际应用的必经之路。
[0003]自适应降维方法的具体结构要在数据经过一定的处理之后才能确定，它需要较多 的空间通道数和较大的运算量，而且其性能对杂波数据特性比较敏感。在实际应用过程中， 机载雷达STAP技术面临的严重非平稳环境下难以获取足够训练样本数据以及越来越苛刻 的战场要求大大增加了系统的复杂度。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中存在的由于机载雷达杂波导致的工作效率低的问题，本发明 提出了 一种基于压缩感知的雷达信号处理方法和装置。
[0005] 根据本发明的方法，包括：
[0006] 接收雷达射频回波信号，对所述射频回波信号进行前端混频；
[0007] 对所述混频后的射频回波信号进行脉冲压缩，得到空时域回波信号；
[0008] 对所述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信号的稀疏信号；
[0009] 根据压缩感知技术重建所述稀疏信号。
[0010] 本发明的基于压缩感知的雷达信号处理方法，构建了有效的观测场景散射系数的 稀疏域，建立了有效的稀疏空时回波信号模型，分析了稀疏采样下STAP地杂波特性，以减 轻各种误差和非均匀性对STAP性能的影响通过本发明的方法将进一步拓展传统的STAP技 术的应用领域，为雷达预警、战场侦察技术的发展提供部分理论和方法指导。
[0011] 根据本发明的装置，包括：
[0012] 信号接收模块，用于接收雷达射频回波信号，对所述射频回波信号进行前端混 频；
[0013] 脉冲压缩模块，用于对所述混频后的射频回波信号进行脉冲压缩，得到空时域回 波信号；
[0014] 离散化模块，用于对所述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信号 的稀疏信号；
[0015] 信号重建模块，用于根据压缩感知技术重建所述稀疏信号。
[0016] 本发明的基于压缩感知的雷达信号处理装置，构建了有效的观测场景散射系数的 稀疏域，建立了有效的稀疏空时回波信号模型，分析了稀疏采样下STAP地杂波特性，以减 轻各种误差和非均匀性对STAP性能的影响通过本发明的方法将进一步拓展传统的STAP技 术的应用领域，为雷达预警、战场侦察技术的发展提供部分理论和方法指导。
[0017] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0018] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0020] 图1为本发明实施例的方法流程示意图；
[0021] 图2为本发明实施例的装置结构示意图；
[0022] 图3为本发明基于稀疏信号重建的STAP方法工作示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0024] 为了解决现有技术中存在的由于机载雷达杂波导致的工作效率低的问题，本发明 提出了 一种基于压缩感知的雷达信号处理方法和装置。
[0025] 如图1所示，该方法包括：
[0026] 步骤SlOl:接收雷达射频回波信号，对所述射频回波信号进行前端混频；
[0027] 步骤S102 :对所述混频后的射频回波信号进行脉冲压缩，得到空时域回波信号；
[0028] 步骤S103 :对所述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信号的稀疏 信号；
[0029] 具体的，对空时域进行离散化，离散化后的空域个数大于雷达天线阵列阵元数，时 域个数大于雷达在一个CPI内发射的脉冲数；
[0030] 空时域离散化后的空域和时域组成若干栅格，将所述若干栅格对应的空时导向矢 量为列构造冗余基矩阵作为稀疏信号。
[0031] 步骤S104 :根据压缩感知技术重建所述稀疏信号。
[0032] 步骤S105 :采集单个距离环雷达空时回波信号，采用压缩感知技术恢复所述单个 距离环雷达空时回波信号的杂波谱，并分离所述单个距离环雷达空时回波信号的杂波。
[0033] 本发明的基于压缩感知的雷达信号处理方法，构建了有效的观测场景散射系数的 稀疏域，建立了有效的稀疏空时回波信号模型，分析了稀疏采样下STAP地杂波特性，以减 轻各种误差和非均匀性对STAP性能的影响通过本发明的方法将进一步拓展传统的STAP技 术的应用领域，为雷达预警、战场侦察技术的发展提供部分理论和方法指导。
[0034] 如图2所示，该装置包括：
[0035] 信号接收模块10,用于接收雷达射频回波信号，对所述射频回波信号进行前端混 频；
[0036] 脉冲压缩模块20,用于对所述混频后的射频回波信号进行脉冲压缩，得到空时域 回波信号；
[0037] 离散化模块30,用于对所述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信 号的稀疏信号；
[0038] 信号重建模块40,用于根据压缩感知技术重建所述稀疏信号。
[0039] 杂波分离模块50,用于采集单个距离环雷达空时回波信号，采用压缩感知技术恢 复所述单个距离环雷达空时回波信号的杂波谱，并分离所述单个距离环雷达空时回波信号 的杂波。
[0040] 在上述技术方案中，离散化模块30具体包括：
[0041] 空时域离散子模块301，用于对空时域进行离散化，离散化后的空域个数大于雷达 天线阵列阵元数，时域个数大于雷达在一个CPI内发射的脉冲数；
[0042] 信号构造子模块302,用于空时域离散化后的空域和时域组成若干栅格，将所述若 干栅格对应的空时导向矢量为列构造冗余基矩阵作为稀疏信号。
[0043] 本发明的基于压缩感知的雷达信号处理装置，构建了有效的观测场景散射系数的 稀疏域，建立了有效的稀疏空时回波信号模型，分析了稀疏采样下STAP地杂波特性，以减 轻各种误差和非均匀性对STAP性能的影响通过本发明的方法将进一步拓展传统的STAP技 术的应用领域，为雷达预警、战场侦察技术的发展提供部分理论和方法指导。
[0044] 以下对本发明的技术方案作详细说明：
[0045] 本发明针对机载雷达STAP技术面临的严重非平稳环境下难以获取足够训练样本 数据以及越来越苛刻的战场要求大大增加了系统的复杂度等问题，构建有效的观测场景散 射系数的稀疏域，分析相应的基于压缩感知的回波信号稀疏表示方法，建立有效的稀疏空 时回波信号模型；分析稀疏采样下STAP地杂波特性，研宄稀疏采样下稳健的降维STAP方 法，以减轻各种误差和非均匀性对STAP性能的影响；将研宄领域推广到非正侧阵情况，研 宄非正侧阵雷达稀疏采样下稳健的降维STAP方法；研宄双基构型系统稀疏采样下STAP方 法。通过上述研宄将进一步拓展传统的STAP技术的应用领域，为雷达预警、战场侦察技术 的发展提供部分理论和方法指导。
[0046] 如图3所示，为基于稀疏信号重建的STAP方法工作示意图。本发明以实现在稀疏 采样下动目标检测为目标，首先开展稀疏信号回波建模的基础研宄工作，以理论推导，应用 压缩感知技术，高保真建立空时回波信号模型，针对机载ro雷达体制，研宄稀疏采样下的 空时自适应信号处理方法。
[0047] 本发明总体技术方案为：ro雷达接收射频回波信号经前端混频，脉冲压缩后，得 到空时域采样数据。本发明首先研宄空时域信号的稀疏表示，初步的研宄结果显示了稀疏 采样下，空时杂波谱稀疏重建方法的有效性，该理论刚刚开始，尚未形成理论。
[0048]目前采用的空时导向矢量构造冗余基，这一冗余基之间存在很大的相关性，虽然 也能很好的恢复杂波空时谱，但是结果表明在恢复的空时平面上，还存在着大量的"伪峰"， 这就是由于相关性造成的。同时开展稀疏信号恢复方面的研宄，寻找能降低现有凸优化方 法和贪婪基追踪方法计算复杂度的算法，同时提高算法收敛速度。通过对单个距离环雷达 回波数据在空时域上采用压缩感知技术恢复杂波谱分布，并由此估计协方差矩阵，以提高 STAP性能。初步的研宄表明，稀疏恢复的杂波谱相对传统方法谱宽更窄，能够得到更好的 STAP杂波抑制性能，提高目标MDV。
[0049] 非正侧面阵雷达空时杂波谱是距离相关的，导致普通的估计方法使得杂波空时谱 扩散，造成STAP滤波器凹口变宽，深度不够，杂波抑制不彻底，降低了STAP处理器的性能。 ADC以及A2DC方法能够将临近单元样本杂波分布的主瓣对齐到检测样本的主瓣位置，但是 旁瓣区性能受限制，而RBC方法以损失系统自由度为代价，将杂波对齐到检测单元杂波分 布位置上，但由于损失系统自由度造成杂波抑制性能不佳。
[0050] 针对非正侧阵杂波抑制的问题，本发明将研宄基于稀疏采样下的杂波谱估计方 法，并通过有效地补偿，不仅保持了系统的自由度，同时达到更高的谱估计精度，从而大大 改善STAP处理的性能，这一方法将会大大降低系统对训练样本的需求，甚至在单个样本条 件下就可以有效地恢复杂波分布，相对传统的DDD方法有较大性能的改善。对于双基系统 而言，其关键的问题是研宄双基构型对杂波分布距离相关性补偿方法，解决杂波谱扩散问 题。压缩感知技术能够高分辨的恢复空时杂波谱，基于其在信号重建方面的巨大潜力，我们 将压缩感知技术应用到双基雷达杂波谱重建上，获得高精度杂波估计，并研宄有效地补偿 方法，更好的估计杂波协方差矩阵，提高STAP性能，获得更好的SINR改善。
[0051] 具体的操作步骤如下：
[0052] 假设雷达第k个距离环的空时回波数据为xk。不失一般性，以均匀线阵为例，假定 线阵由N个阵元组成，一个CPI内，雷达发射M个脉冲。将空时平面离散化，其中空域离散 化为凡个，时域离散化为Nt个（其中NS>N，Nt>M)，这样空时平面将被离散化为很多的小栅 格（为达到高的分辨率，通常NsNt>>NM)，以每一个小栅格对应的空时导向矢量为列构造 的冗余基矩阵，作为初步的空时信号稀疏矩阵：
【权利要求】
1. 一种基于压缩感知的雷达信号处理方法，其特征在于，包括： 接收雷达射频回波信号，对所述射频回波信号进行前端混频； 对所述混频后的射频回波信号进行脉冲压缩，得到空时域回波信号； 对所述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信号的稀疏信号； 根据压缩感知技术重建所述稀疏信号。
2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的雷达信号处理方法，其特征在于，所述对所 述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信号的稀疏信号的步骤具体包括： 对空时域进行离散化，离散化后的空域个数大于雷达天线阵列阵元数，时域个数大于 雷达在一个CPI内发射的脉冲数； 空时域离散化后的空域和时域组成若干栅格，将所述若干栅格对应的空时导向矢量为 列构造冗余基矩阵作为稀疏信号。
3.根据权利要求1所述的基于压缩感知的雷达信号处理方法，其特征在于，还包括： 采集单个距离环雷达空时回波信号，采用压缩感知技术恢复所述单个距离环雷达空时 回波信号的杂波谱，并分离所述单个距离环雷达空时回波信号的杂波。
4. 一种基于压缩感知的雷达信号处理装置，其特征在于，包括： 信号接收模块，用于接收雷达射频回波信号，对所述射频回波信号进行前端混频； 脉冲压缩模块，用于对所述混频后的射频回波信号进行脉冲压缩，得到空时域回波信 号； 离散化模块，用于对所述空时域信号进行离散化处理，得到所述空时域回波信号的稀 疏信号； 信号重建模块，用于根据压缩感知技术重建所述稀疏信号。
5.根据权利要求4所述的基于压缩感知的雷达信号处理装置，其特征在于，离散化模 块具体包括： 空时域离散子模块，用于对空时域进行离散化，离散化后的空域个数大于雷达天线阵 列阵元数，时域个数大于雷达在一个CPI内发射的脉冲数； 信号构造子模块，用于空时域离散化后的空域和时域组成若干栅格，将所述若干栅格 对应的空时导向矢量为列构造冗余基矩阵作为稀疏信号。
6.根据权利要求4所述的基于压缩感知的雷达信号处理装置，其特征在于，还包括： 杂波分离模块，用于采集单个距离环雷达空时回波信号，采用压缩感知技术恢复所述 单个距离环雷达空时回波信号的杂波谱，并分离所述单个距离环雷达空时回波信号的杂 波。
【文档编号】G01S7/41GK104515981SQ201410745190
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】文珺, 覃玉荣, 耿明敏, 何华光, 陈玉梅 申请人:广西大学