双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法及相关设备

本发明涉及电子信息领域，尤其涉及的是一种双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法及相关设备。

背景技术：

1、卫星信号的探测是一个复杂的三维搜索过程，涵盖了可见卫星、多普勒频率以及伪随机噪声码相位。通常，为了迅速选取优良的卫星几何精度因子，首要任务是对可见卫星的数量和角度进行估计。对可见卫星数量与角度的准确估计直接决定了其他两个维度搜索的耗时和成功率。

2、目标信号角度的估计一般利用空间谱估计方法，如多重信号分类方法和旋转不变子空间方法。这些方法首先构建信号的协方差矩阵，然后确定信号子空间或噪声子空间，最后由此估计出目标角度。目前常用的信源数量估计方法主要有基于信息论准则的方法、盖尔圆盘法、平滑秩序列法以及正则相关技术。虽然有大量利用天线阵列进行角度数量和联合估计的方法，并且取得了良好的性能，但是在脉冲噪声存在的情况下，使用天线阵列进行可见卫星的数量和角度估计的方法仍然存在不足之处，导致估计不准。

3、因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法，旨在解决现有技术中在脉冲噪声存在的情况下，使用天线阵列进行可见卫星的信号、数量和角度估计的方法估计不准的问题。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法，其中，上述双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法包括：

3、接收天线获取到的含有脉冲噪声的可见卫星回波信号，根据脉冲噪声的噪声成分建立可见卫星回波信号数学模型；

4、根据惩罚函数和上述可见卫星回波信号数学模型得到双稀疏最小化优化问题；

5、根据交替优化法和投影梯度下降法求解上述双稀疏最小化优化问题，得到可见卫星回波信号矩阵，根据上述可见卫星回波信号矩阵得到可见卫星的回波信号、数量和角度估计并输出。

6、可选的，上述接收天线获取到的含有脉冲噪声的可见卫星回波信号，根据脉冲噪声的噪声成分建立可见卫星回波信号数学模型，具体包括：

7、根据上述脉冲噪声的噪声成分将上述可见卫星回波信号的脉冲噪声进行重组，得到浓密的高斯噪声成分和稀疏异常噪声成分；

8、根据上述可见卫星回波信号、浓密的高斯噪声成分和上述稀疏异常噪声成分，建立上述可见卫星回波信号数学模型。

9、可选的，上述根据惩罚函数和上述可见卫星回波信号数学模型得到双稀疏最小化优化问题，具体包括：

10、根据上述可见卫星回波信号数学模型将所述可见卫星回波信号数学模型的信号数量与角度估计问题转化为双稀疏约束问题；

11、根据上述惩罚函数将上述双稀疏约束问题转化为上述双稀疏最小化优化问题。

12、可选的，上述根据交替优化法和投影梯度下降法求解上述双稀疏最小化优化问题，得到可见卫星回波信号矩阵，具体包括：

13、基于上述双稀疏最小化优化问题中待优化的可见卫星回波信号矩阵和稀疏异常噪声成分矩阵，得到初始可见卫星回波信号矩阵和初始稀疏异常噪声成分矩阵；

14、在每一次交替优化求解中，根据前一次交替优化得到的可见卫星回波信号矩阵和稀疏异常噪声成分矩阵，采用上述投影梯度下降法对当前待求解的可见卫星回波信号矩阵求解，得到当前可见卫星回波信号矩阵，根据该次交替优化得到的可见卫星回波信号矩阵和上一次交替优化得到的稀疏异常噪声成分矩阵，采用逐元素求解法对当前待求解的初始稀疏异常噪声成分矩阵进行求解，得到当前稀疏异常噪声成分矩阵；

15、当交替优化求解次数达到预设次数时，将最后一次交替优化求解得到的最终可见卫星回波信号矩阵作为可见卫星回波信号矩阵；

16、其中，在第一次交替优化求解中，根据上述初始可见卫星回波信号矩阵和上述初始稀疏异常噪声成分矩阵，采用上述投影梯度下降法对第一次待求解的可见卫星回波信号矩阵求解，得到第一次可见卫星回波信号矩阵，根据上述第一次可见卫星回波信号矩阵和上述初始稀疏异常噪声成分矩阵，采用上述逐元素求解法对第一次待求解的初始稀疏异常噪声成分矩阵进行求解，得到第一次稀疏异常噪声成分矩阵。

17、可选的，上述投影梯度下降法根据预设的迭代次数和第一惩罚参数对上述当前待求解的可见卫星回波信号矩阵进行迭代求解。

18、可选的，上述在每一次交替优化求解中，根据该次交替优化得到的可见卫星回波信号矩阵和上一次交替优化得到的稀疏异常噪声成分矩阵，采用逐元素求解法对当前待求解的初始稀疏异常噪声成分矩阵进行求解，得到当前稀疏异常噪声成分矩阵，具体包括：

19、根据该次交替优化得到的可见卫星回波信号矩阵和上一次交替优化得到的稀疏异常噪声成分矩阵构建当前稀疏异常噪声成分矩阵求解公式；

20、将上述当前稀疏异常噪声成分矩阵求解公式转化为实数形式公式，并将上述实数形式公式进行转化得到逐元素求解矩阵；

21、根据第二惩罚参数对上述逐元素求解矩阵求解，得到上述当前稀疏异常噪声成分矩阵。

22、可选的，上述第一惩罚参数根据预设的第一更新公式进行更新，上述第二惩罚参数根据预设的第二更新公式进行更新。

23、本发明第二方面提供一种双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获系统，其中，上述双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获系统包括：

24、模型构建模块，用于接收天线获取到的含有脉冲噪声的可见卫星回波信号，根据脉冲噪声的噪声成分建立可见卫星回波信号数学模型；

25、双稀疏最小化优化问题设计模块，用于根据惩罚函数和上述可见卫星回波信号数学模型得到双稀疏最小化优化问题；

26、求解输出模块，用于根据交替优化法和投影梯度下降法求解上述双稀疏最小化优化问题，得到可见卫星回波信号矩阵，根据上述可见卫星回波信号矩阵得到可见卫星的回波信号、数量和角度估计并输出。

27、本发明第三方面提供一种智能终端，上述智能终端包括存储器、处理器以及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获程序，上述双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获程序被上述处理器执行时实现任意一项上述双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法的步骤。

28、本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质上存储有双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获程序，上述双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获程序被处理器执行时实现任意一项上述双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法的步骤。

29、由上可见，本发明方案中，接收天线获取到的含有脉冲噪声的可见卫星回波信号，根据脉冲噪声的噪声成分建立可见卫星回波信号数学模型；根据惩罚函数和上述可见卫星回波信号数学模型得到双稀疏最小化优化问题；根据交替优化法和投影梯度下降法求解上述双稀疏最小化优化问题，得到可见卫星回波信号矩阵，根据上述可见卫星回波信号矩阵得到可见卫星的回波信号、数量和角度估计并输出。

30、与现有技术相比，针对目前在脉冲噪声存在的情况下，使用天线阵列进行可见卫星的角度估计的方法估计不准的问题，本发明所提出的双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法中，采用脉冲噪声的噪声成分建立可见卫星回波信号数学模型，从而使得本发明针对脉冲噪声中的成分对噪声进行分解，通过分解后的噪声构建数学模型，从而可以更好地利用噪声的结构信息，并在恢复信号时得到更好的结果；采用惩罚函数得到双稀疏最小化优化问题，得到包含了双稀疏约束的先验信息的双稀疏最小化优化问题，从而可以充分利用信号的特征去估计可见卫星回波信号的到达角度；通过交替优化法和投影梯度下降法求解双稀疏最小化优化问题从而可以通过多次交替得到准确的可见卫星回波信号矩阵，从而得到准确的可见卫星的回波信号、数量和角度估计。进一步的，在本发明所提出的双稀疏优化阵列天线的卫星信号稳健捕获方法中，对脉冲噪声进行分解处理，使得其对数据不敏感，从而使得本发明无需针对不同脉冲噪声数据进行调整，在实际应用中无需调节参数即可以得到很好的估计结果，极大地方便了用户的使用。