[发明专利]一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法

摘要

本发明公开了一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其思路为：建立双基地观测模型，其中包括发射源、接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，接收站接收信号，在接收站接收的信号中获取直达波信号和含有干扰信号的目标回波信号，并依次得到杂波抑制处理后的目标回波信号、距离‑多普勒二维相关矩阵和距离‑多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离‑多普勒二维相关矩阵，进而分别得到目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵和优化相位误差矩阵，使用优化相位误差矩阵对目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵进行多普勒扩散补偿处理，得到多普勒扩散补偿后目标的多普勒频率。

主权项

1.一种非参数化数字电视外辐射源雷达多普勒扩散补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立双基地观测模型，所述双基地观测模型包括发射源、接收站，发射源为数字电视外辐射源，接收站为车载接收站，双基地观测模型的检测区域内存在目标，发射源发射数字电视外辐射源信号，接收站接收信号，接收站接收的信号包括目标回波信号、多径杂波与噪声、直达波信号；步骤2，根据双基地观测模型，在接收站接收的信号中获取直达波信号和含有干扰信号的目标回波信号，所述含有干扰信号的目标回波信号包含多径杂波与噪声、直达波信号和目标回波信号，并将获取的直达波信号记为参考信号S_ref(t)，t为时间变量；步骤3，对含有干扰信号的目标回波信号进行杂波抑制处理，去除含有干扰信号的目标回波信号中包含的多径杂波与噪声、直达波信号，进而得到杂波抑制处理后的目标回波信号；步骤4，对杂波抑制处理后的目标回波信号与参考信号进行距离‑多普勒二维相关处理，得到距离‑多普勒二维相关矩阵；步骤5，将目标的双基地距离表示为r(t)，并根据距离‑多普勒二维相关矩阵，得到距离‑多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离‑多普勒二维相关矩阵；步骤6，定义均方误差函数，并根据距离‑多普勒二维相关处理后含高阶相位的距离‑多普勒二维相关矩阵，分别得到目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵和优化相位误差矩阵；具体的，步骤6的子步骤为：6a)利用傅里叶基矩阵对目标在时延维的峰值位置对应的距离压缩处理后的目标回波信号u(τ'_m,t)进行变换处理：其中，U_m表示目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵，表示傅里叶基矩阵，Y_m表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵，其表达式分别为：其中，令i∈{1,2,…,n}，u(τ'_m,t_i)表示目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵U_m的第i行分量，f_i表示傅里叶基矩阵的第i列频率，t_i表示时间变量t的第i个时刻，n表示时间变量t包含的时刻个数，分别与U_m的总行数、傅里叶基矩阵的总列数、Y_m在多普勒维中包含多普勒频率单元总个数取值相等；y(τ'_m,f_di)表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵的第i行分量，f_di表示Y_m在多普勒维中的第i个多普勒频率单元；6b)将距离压缩处理后的目标回波信号u(△τ,t)在原来的基础上变为并将参考信号S_ref(t)的延时△τ替换为目标在时延维的峰值位置τ'_m，进而得到目标在时延维的峰值位置τ'_m处含高阶相位的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵其表达式为：其中，Γ表示以相位误差为主对角线的相位误差方阵，表示傅里叶基矩阵，Y_m表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵，其表达式分别为：其中，令i∈{1,2,…,n}，n表示时间变量t包含的时刻个数，分别与的总行数、Γ包含的非参数化相位误差变量总个数取值相等；表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处含高阶相位的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵的第i行分量，△(t_i)表示以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第i个非参数化相位误差变量；6c)定义均方误差函数为e(△(t))：其中，令△(t)表示以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的非参数化相位误差变量，表示求2‑范数操作，n表示时间变量t包含的时刻个数，分别与U_m的总行数、的总行数取值相等；u(τ'_m,t_i)表示目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵U_m的第i行分量，表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处含高阶相位的目标回波信号矩阵的第i行分量，U_m表示目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵，表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处含高阶相位的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵；6d)使用均方误差函数e(△(t))对以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第i个非参数化相位误差变量△(t_i)求偏导，并令偏导后的结果为0，即：根据均方误差函数e(△(t))的表达式，进而得到：其中，i∈{1,2,…,n}，n表示时间变量t包含的时刻个数，分别与杂波抑制处理后的目标回波信号长度、Γ的相位误差变量总个数、的总行数取值相等；表示求2‑范数操作，|·|^H表示求·共轭转置，Im(·)表示求·虚部，△(t_i)表示以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第i个非参数化相位误差变量，表示傅里叶基矩阵的第i行分量；对均方误差函数e(△(t))求导之后得到以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第i个非参数化相位误差变量△(t_i)：其中，i∈{1,2,…,n}，n表示时间变量t包含的时刻个数，与傅里叶基矩阵的总行数取值相等；表示的相位，d为随机整数，Y_m表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵；将表示为以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第i个优化相位误差变量，所述优化相位误差变量用于多普勒扩散补偿；6e)令i分别取1至n，重复6d)，分别得到以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第1个优化相位误差变量至以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第n个优化相位误差变量记为n个优化相位误差分量，进而得到以n个优化相位误差分量为主对角线的方阵，记为优化相位误差矩阵n表示时间变量t包含的时刻个数，与优化相位误差变量总个数取值相等；步骤7，使用优化相位误差矩阵对目标在时延维的峰值位置处对应的距离‑多普勒二维矩阵进行多普勒扩散补偿处理，进而得到多普勒扩散补偿后目标的多普勒频率；具体的，步骤7的子步骤为：7a)初始化：l表示第l次迭代，l的初始值为1；分别令U_m0表示目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的初始目标回波信号矩阵，令Y_m0表示目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的初始距离‑多普勒二维矩阵；优化相位误差矩阵的表达式为：diag表示对角矩阵，e为指数函数，j为虚数单位，为以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第i个优化相位误差变量，i∈{1,2,…,n}，n表示时间变量t包含的时刻个数，与优化相位误差变量总个数取值相等；根据将中的Y_m替换为Y_m0，将中的目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵U_m的第i行分量u(τ'_m,t_i)替换为目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的初始目标回波信号矩阵U_m0的第i行分量，进而得到以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第i个优化相位误差变量初始值令i分别取1至n，进而分别得到以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第1个优化相位误差变量初始值至以相位误差为主对角线的相位误差方阵Γ的第n个优化相位误差变量初始值即得到优化相位误差矩阵的初始值7b)计算第l次迭代后目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵U_m(l‑1)为第l‑1次迭代后目标在时延维的峰值位置τ'_m处的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵，为第l‑1次迭代后的优化相位误差矩阵，|·|^H表示求·共轭转置；对第l次迭代后目标在时延维的峰值位置τ'_m对应的距离压缩处理后的目标回波信号矩阵进行快速傅里叶变换，得到第l次迭代后目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵所述的第l次迭代后目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵为经过l次相位误差补偿操作后的距离‑多普勒二维矩阵，每次迭代对应一次相位误差补偿操作，所述相位误差补偿操作为多普勒扩散补偿操作；7c)判断第l次迭代后目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵是否满足如下迭代终止条件表达式：其中，表示求2‑范数操作，ε表示设定的精度阈值；如果满足迭代终止条件表达式，则迭代停止，循环结束，执行7d)；否则，令l加1，返回步骤7b)；7d)将迭代停止时对应的第l次迭代后目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的距离‑多普勒二维矩阵作为目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的最终距离‑多普勒二维矩阵并得到目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的最终距离‑多普勒二维图，所述目标在时延维的峰值位置τ'_m处对应的最终距离‑多普勒二维图为目标在时延维的峰值位置τ'_m处经过多普勒扩散补偿后的距离‑多普勒二维图，获取所述最终距离‑多普勒二维图的峰值，其中所述最终距离‑多普勒二维图的峰值在多普勒维的坐标，即为多普勒扩散补偿后目标的多普勒频率。