[发明专利]一种基于图像熵的双基地MIMO雷达阵元缺损诊断方法

说明书

本发明提供一种基于图像熵的双基地MIMO雷达阵元缺损诊断方法包括如下步骤：步骤1：对阵元缺损MIMO雷达的协方差矩阵进行特征分解来获得信号子空间，从而降低待恢复数据矩阵的维数，在信号子空间中对应缺损阵元位置处的整行数据全部缺失，从上而下每M行数据构成每一个信号子空间块矩阵，共形成N个信号子空间块矩阵，其中M和N分别为发射阵元和接收阵元数；步骤2：根据信号子空间块矩阵之间的相关性，将所有的信号子空间块矩阵构成一个低秩块Hankel矩阵，通过不定增广拉格朗日乘子法对其进行重构，从而恢复出块Hankel矩阵中的缺失数据，再通过反变换获取完整的信号子空间；步骤3：利用ESPRIT算法进行目标角度估计。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体的涉及一种基于图像熵的双基地MIMO雷达阵元缺损诊断方法。

背景技术

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)雷达源于MIMO无线通信理论的启发，作为一种新型雷达系统，近年来引起了众多学者的广泛研究。与传统的相控阵雷达相比，MIMO雷达采用多个发射天线同时发射相互正交的信号，并采用多个接收天线接收回波信号，然后在接收端利用匹配滤波处理来形成大孔径的虚拟阵列，能提高阵列自由度以及增加最大可辨识的目标数量。另外，MIMO雷达在噪声的抑制、衰落效应的克服以及目标参数估计性能的提升等方面均具有优势。相比于单基地MIMO雷达，双基地MIMO雷达的收发阵元分置距离较远，具有明显的抗反射导弹的生存能力、低空探测能力、抗干扰能力和反隐身能力，即兼备了双基地雷达与MIMO雷达的优势。因此，对双基地MIMO雷达的研究具有重要的意义和实用价值。

在实际应用中，随着双基地MIMO雷达阵列规模的扩大，以及受恶劣的环境、人为的干扰和硬件的使用寿命等众多影响，双基地MIMO雷达阵列出现阵元损坏的可能性大大增加。阵元缺损导致MIMO雷达阵列的辐射性能出现退化，同时导致部分阵元的目标接收信号丢失，使目标参数的估计性能恶化。阵元缺损诊断指的是对阵列中缺损阵元的位置进行检测，由于MIMO雷达阵列辐射性能的校正和缺失接收信号的恢复都需已知缺损阵元的位置，因此双基地MIMO雷达的阵元缺损诊断是迫切需要解决的问题。目前研究学者已经提出了基于压缩感知、支持向量机与联合微分进化算法的阵元缺损诊断方法，然而上述方法需额外使用辅助阵元来获得被测阵列的近场或远场方向图，利用被测阵列的方向图或阵元激励系数进行阵元缺损诊断。当被测阵列的天线阵元较多时，辅助阵元采样数据的增多而导致诊断时间较长，无法满足实时性要求。Zhu等在论文“Impaired Sensor Diagnosis,Beamforming,and DOA Estimation With Difference Co-Array Processing”(IEEESensors Journal.,vol.15,no.7,pp.3773-3780,May.2015)中提出了一种基于差分阵列的阵元缺损诊断方法，该方法通过建立正常阵列虚拟阵元与缺损阵列虚拟阵元间的数学关系，获得缺损阵列各差分位置上虚拟阵元的重复次数，然后遍历所有缺损阵元组合情况下各差分位置上虚拟阵元的重复次数，以匹配与被测阵列具有相同重复次数的缺损阵元组合，从而诊断出缺损阵元的位置。该方法虽无需使用额外的辅助阵元获得测量数据，但需要进行匹配搜索，且任意差分位置的虚拟阵元重复次数的错误估计均会导致阵元缺损诊断失败，因此 Zhu方法稳定性较差，而且当阵列中的缺损阵元位置使同一差分位置的虚拟阵元同时缺损时，Zhu方法无法准确诊断出缺损阵元的位置。针对上述问题及研究现状，提出一种能快速且有效诊断双基地MIMO雷达的缺损阵元位置的方法是十分有必要的。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像熵的双基地MIMO 雷达阵元缺损诊断方法。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于图像熵的双基地MIMO雷达阵元缺损诊断方法：包括如下步骤：