[发明专利]基于阵列内插压缩感知的米波雷达测高方法

摘要

本发明公开了一种基于阵列内插压缩感知的测高方法，主要解决多径环境下，尤其是低信噪比和快拍数较少环境下的低仰角测高问题，其实现过程：从雷达回波提取目标信号；通过对消和信号重构得到空域稀疏信号；使用波束形成法得到目标粗测角度；根据粗测角度得到空域，并对其进行划分；利用阵列内插得到虚拟阵列；根据矩阵变换关系得到内插变换矩阵，并对其进行预白化处理；利用白化内插变换矩阵和观测矩阵得到观测信号；利用白化内插变换矩阵和观测信号迭代运算得到目标信号估计值；从目标信号估计值提取目标角度，进而得到目标高度。本发明明显减少了目标信号的采样点数和运算量，有效降低了信号功率谱和空间谱的旁瓣，可用于目标跟踪。

主权项

1.一种基于阵列内插压缩感知的测高方法，包括以下步骤：（1）从雷达回波中提取目标信号，得到真实阵列的阵列流型矩阵W，并对该目标信号进行杂波对消和干扰对消处理，得到对消后目标信号x和空域稀疏信号S，对消后目标信号x与空域稀疏信号S的关系如下：x=ψS+n，其中，ψ表示超完备冗余字典，其长度为c，n表示高斯白噪声；（2）使用数字波束形成法DBF对对消后的目标信号x进行仰角粗测，得到粗测角度α，进而得到目标信号仰角所在空域Ο；（3）将所述空域Ο划分为P份，P＞＞M,M表示阵元数，得到空域矩阵Θ：Θ=[α_l,α_l+Δα,…,α_r],其中，表示Θ的左边界，表示Θ的右边界，表示半功率波束宽度，Δα为步长，Δα=0.1°；（4）对真实阵列进行阵列内插处理，得到虚拟阵列的阵列流型矩阵W_I；根据虚拟阵列的阵列流型矩阵W_I和真实阵列的阵列流型矩阵W，得到内插变换矩阵B；（5）对内插变换矩阵B进行预白化处理，得到白化内插变换矩阵T_I；（6）将对消后的目标信号x投影到白化内插变换矩阵T_I，得到虚拟阵列的量测信号z；（7）用F×P维观测矩阵φ对量测信号z进行压缩采样，F＜＜P，得到F×1维的观测信号y；（8）根据观测信号y和白化内插变换矩阵T_I，利用贪婪追踪类算法中的正交匹配追踪方法，通过式迭代，选取一个局部最优解逐步逼近空域稀疏信号S，得到空域稀疏信号S的估计值S^=[s^1,s^2,···,s^i,···,s^c],]]>其中，|| ||₁表示求向量1-范数，s.t表示约束条件，|| ||₂表示求向量2-范数，ψ表示超完备冗余字典，c表示超完备冗余字典ψ的长度，i=1,2,…,c，β表示噪声标准差；(9)定义目标角度范围θ=[θ₁,θ₂,…,θ_i,…,θ_c]，根据估计值的元素与θ的元素的一一对应关系，即与θ_i一一对应，得到目标测角结果θ_d，d∈i：其中，d表示估计值中不为零的元素s_d的下标；(10)根据目标测角结果θ_d和已知的目标距离R，通过三角变换得到目标高度：H=Rsin(θ_d)。