基于十字阵雷达系统的分布式紧凑感知矩阵追踪方法
【专利说明】基于十字阵雷达系统的分布式紧凑感知矩阵追踪方法 【技术领域】
[0001] 本发明设及雷达信号处理技术领域，特别设及一种基于高分辨率十字阵雷达系统 的分布式紧凑感知矩阵追踪方法。 【【背景技术】】
[0002] 压缩感知技术被广泛地应用于雷达信号处理系统中。与传统雷达相比，压缩感知 雷达具有W下优点；1)基于压缩感知技术的雷达信号处理系统根据接收到的回波信号直 接进行雷达稀疏场景重构，在接收端免除了匹配滤波器W，从而最大限度的保持了最大原 始量测信息；2)压缩感知技术采样得到的数据维数远远低于遵循奈奎斯特采样定理采样 得到的数据维数，而仅仅与数据稀疏度成正比，从而真正意义上实现了对信息的采集，可W 有效减少雷达采样速率和回波数据w;3)增加雷达场景的分辨率仅会增加表征雷达场景 的稀疏向量的维数，由于表征雷达场景的稀疏向量的维数远远高于雷达量测数量（收发天 线数），在雷达收发天线数目固定的情况下，压缩感知雷达系统具备提供高分辨率雷达场景 的能力W。
[0003] 虽然在收发天线数量一定的情况下，基于压缩感知技术的雷达系统能获取比普通 雷达系统高的分辨率，但是若要进一步提高压缩感知雷达的分辨率则需要解决感知矩阵的 相干系数随分辨率增加而增大W致不能W大概率对稀疏向量进行完美重构的问题。目前国 内外已经有一系列的工作针对减少雷达感知矩阵的相干性系数展开。大部分工作是通过优 化雷达发射波形W减少感知矩阵的相干性系数[4]。文献[5]将压缩感知技术应用于MIMO 雷达系统中，并提出一种感知矩阵相干系数极小化波形设计方法，改善了压缩感知雷达目 标参数提取的能力。文献[6]推导了相干系数与信号模糊函数的关系，指出针状模糊函数 的信号具有较小的感知系数和较高的多维参数联合分辨能力。文献[7]推导了最小化感知 矩阵相干系数的波形优化目标函数，并通过模拟退火巧](SimulatedAnnealing,SA)算法 对W多相编码信号作为发射波形的目标函数进行优化求解。但是该些工作都需要设计额外 的硬件系统来产生特定的波形或实现感知矩阵，而该些硬件系统的设计非常复杂，并在一 定程度上增加了雷达的设计成本。
[0004] 参考文献：
[000日] [l]Baraniuk民a打dSteeghsP.CompressiveRadarImagi打g[C].IEEE民adarCo nference,Boston, 2007:128 - 133.
[0006] [2]Bar_IIan0,EldarYC.Sub-NyquistRadarviaDopplerFocusing[J] ?I邸E TransactionsonSignalProcessing，2014,62(7):1796-1811.
[0007] [3]HermanMA,StrohmerT.High-resolutionradarviacompressed sensing[J].IEEETran-sactionsonSignalProcessing，2009,57 (6):2275-2284.
[0008] [4]BourgainJ，DilworthS,FordK,KonyaginSandKutzarova D.Explicitconstructionsof民IPmatricesandrelatedproblems[J].Duke Ma化，2011，159(1) : 145-185.
[0009] [5]ChenCandVaidyanathanP.CompressedsensinginMIMO radar[C]. 200842ndAsilo-marConferenceonSignal,SystemsandComputers,Piscata way, 2008:41-44.
[0010] [6]SongX,ZhouS,andWillettP.Theroleoftheambiguityfunction incompressedsensingradar[C].2010IEEEInternationalConferenceon Acoustics,Speech,andSignalProcessing,Dallas, 2010:2758-2761.
[0011] [7]王超宇，梅循，朱晓华，何亚鹏，李洪涛.一种稳健的盲稀疏度压缩感知雷 达目标参数估计方法[J].电子与信息学报，2014, 36(4) :960-966.
[0012] [8]DengH.Synthesisofbinarysequenceswithgoodautocorrelationand crosscorrelationpropertiesbysimulatedannealing[J].IEEETransactionson AerospaceandElectronicSystems, 1996, 32(1):98-107. 【
【发明内容】
】
[0013] 本发明的目的在于提供一种基于十字阵雷达系统的分布式紧凑感知矩阵追踪方 法，W解决上述技术问题。本发明方法基于十字阵列雷达结构采用空间等网格角度划分法 对阵列流型矩阵进行扩展构造感知矩阵来重构稀疏雷达场景，根据所需要的方位分辨率与 俯仰分辨率对角度划分间隔进行确定，从而使模型的物理意义更加明确。然而，随着分辨率 的提高，感知矩阵的相干性系数也相应增加。根据相关文献，不能W很大的概率保证一个稀 疏向量的完美重构。如果单纯依靠原始感知矩阵，就会存在一个大的重构误差。
[0014] 因此，本发明提出了一种基于十字阵雷达系统的分布式紧凑感知矩阵追踪方法， 通过减少原始感知矩阵的相关性来减少重构误差。首先根据十字阵列雷达中两列阵列的结 构得到对应的感知矩阵〇x，&Y，并得到相应的观测向量yx，yy，然后由原始感知矩阵得到两 列阵列的紧凑感知矩阵Wy，Wy。然后对两列阵列对应的紧凑感知矩阵与观测向量应用正 交匹配追踪算法对其进行处理，得到两个粗略估计支撑集。.，b，然后根据该两个粗略估计 支撑集得到正确子空间的初始估计就，苗，。此时回到原始感知矩阵〇x，?Y，根据两个正 确子空间的初始估计试,，SL对应的若干相似列组中的所有列构成两个候选列集f，f， 并对该两个候选列集求并得到最新候选列集f，然后对该个最新候选列集中的列进行排 列组合，找到使残差和最小的列组合，得到正确的支撑集。与优化雷达波形W减少感知矩 阵相干系数的方法相比，本发明方法不需要设计额外的硬件系统，复杂度较低。仿真结果 表明，本发明所提出的分布式紧凑感知矩阵追踪方法值istributedCompressedSensing Matrix化rsuit，DCSMP)方法基于十字阵列雷达模型能够准确地对多个目标的二维波达方 向值irectionOfArrival,D0A)进行估计。
[0015] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0016] 一种基于十字阵雷达系统的分布式紧凑感知矩阵追踪方法，包括W下步骤：
[0017] 步骤一：根据十字阵列雷达中两列阵列的结构得到对应的感知矩阵〇Y，并得 到相应的观测向量yx，yy，然后由原始感知矩阵得到两列阵列的紧凑感知矩阵Wx，Wy;
[0018]步骤二：对两列阵列对应的紧凑感知矩阵与观测向量应用正交匹配追踪算法对其 进行处理，得到两个粗略估计支撑集a，^，然后根据该两个粗略估计支撑集得到正确子空 间的初始估计就，SL;
[0019] 步骤回到原始感知矩阵〇x，巫Y，根据两个正确子空间的初始估计篇，庶对 应的若干相似列组中的所有列构成两个候选列集r，f，并对该两个候选列集求并得到 最新候选列集f，然后对该个最新候选列集中的列进行排列组合，找到使残差和最小的列 组合，得到正确的支撑集；
[0020] 步骤四；根据正确的支撑集得到对应的方位角与俯仰角。
[0021] 步骤