基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法
2023-11-03 14:39:07 3
基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於重構信號和1-範數的動目標檢測和參數估計方法。其包括1）對機載雷達接收到的總回波數據進行雜波抑制，得到雜波抑制後的數據；2）以速度值為變量重構一個目標信號；3）利用步驟2）得到的重構信號與步驟1）得到的雜波抑制後數據的1-範數來構造代價函數；4）對速度進行搜索，使得上述代價函數取得最小值時的速度值即為估計結果。該方法根據動目標空時數據模型重構一個目標信號，再利用重構信號與雜波抑制後數據的1-範數來構造代價函數，進而完成對動目標的參數估計。本發明通過仿真實驗說明了該方法在機載雷達發射脈衝數目有限的情況下，能夠獲得精確的動目標參數估計結果。
【專利說明】基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達信號處理【技術領域】，特別是涉及一種基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法。
【背景技術】
[0002]在現代戰爭中，高性能機載雷達已成為不可或缺的技術裝備之一。由於機載雷達架設在高空載機上，因此對飛機這一類目標，特別是低空飛行目標，其可視距離要比地基雷達遠得多，同時還具有覆蓋範圍大、探測距離遠、機動靈活等特點，因此可擔任警戒、指揮等重要任務。目前，利用機載雷達對動目標都卜勒頻率估計的數字測頻法主要有FFT測頻法、相位測頻法、瞬時自相關法、KAY測頻法等。其中KAY測頻法是一種經典頻率估計方法，對於單頻正弦信號，當信噪比很高時，其頻率估計結果達到了 Cramer-Rao界；但當信噪比低於6dB時，其測頻精度顯著降低。FFT測頻法適用於單頻信號、窄帶信號和寬帶信號的頻率估計,但當樣本數較少時其頻率估計精度很低,解析度不高。此外,在運動目標參數估計方面，常見的方法有單脈衝方法和最大似然法等。然而單脈衝方法在雜波背景下性能下降非常明顯，最大似然法需要的計算量很大。
[0003]當機載雷達處於下視工作狀態時，面臨著比地基雷達更強的地雜波問題，它不僅強度大，而且由於不同方位的地面散射體相對於載機的速度各異，使雜波呈現出很強的空時耦合性，導致雜波譜具有較大的方位-都卜勒帶寬，從而導致目標常淹沒在強雜波背景中，使得對目標的檢測和參數估計能力受到嚴重影響。目前，空時自適應處理(Space-TimeAdaptive Processing, STAP)是一種應用最廣泛的機載雷達地雜波抑制技術,然而空時二維自適應處理(STAP)需要比較多的自由度來抑制雜波。當機載雷達發射的脈衝數目較少時，就會出現空時自適應處理系統都卜勒解析度降低，參數估計誤差增大等問題。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題本發明的目的在於提供一種能夠提高參數估計精度的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法。
[0005]為了達到上述目的，本發明提供的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法包括按順序進行的下列步驟:
[0006]I)對機載雷達接收到的總回波數據進行雜波抑制，得到雜波抑制後的數據SI階段；
[0007]2)以速度值為變量重構一個目標信號的S2階段；
[0008]3)利用上述步驟2)得到的重構目標信號與步驟I)得到的雜波抑制後的數據的1-範數來構造代價函數的S3階段；
[0009]4)對速度進行搜索，使得上述代價函數取得最小值時的速度值即為估計結果的S4階段。
[0010]在步驟I)中，所述的對機載雷達接收到的總回波數據進行雜波抑制，得到雜波抑制後數據的方法是利用逆協方差矩陣估計方法來進行雜波抑制；即首先利用鄰近距離門的回波數據估計得到待檢測距離門的雜波協方差矩陣，然後利用鄰近距離門雜波協方差矩陣的逆來估計待檢測距離門的雜波協方差矩陣的逆；再通過空時自適應處理方法完成對待檢測單元內雜波的有效抑制，進而得到雜波抑制後的數據。
[0011]在步驟2)中，所述的以速度值為變量重構一個目標信號的方法是根據目標空時二維數據模型以目標運動速度為變量重構一個目標回波信號。
[0012]在步驟3)中，所述的利用上述步驟2)得到的重構目標信號與步驟I)得到的雜波抑制後的數據的1-範數來構造代價函數的方法是將重構信號與雜波抑制後數據做差，得到差函數，再通過對差函數求1-範數來構造代價函數。
[0013]在步驟4)中，所述的對速度進行搜索，使得上述代價函數取得最小值時的速度即為估計結果的方法是通過對速度進行搜索，使得代價函數取得最小值，此時對應的速度值即為估計結果。
[0014]本發明提供的基於重構信號和1-範數的動目標檢測和參數估計方法能夠在機載雷達發射脈衝數目有限的情況下，仍然能獲得精確的參數估計結果。該方法通過重構信號並利用重構信號與雜波抑制後數據的I範數來構造代價函數，進而完成動目標的參數估計。通過仿真實驗對比可知，本發明方法較傳統的FFT測頻法、3DT法對動目標速度的估計精度有了較大提高，能夠獲得與最優處理器法相當的估計性能，且參數估計的均方根誤差更接近克拉美-勞界，從而說明了本發明方法的有效性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明提供的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法流程圖。
[0016]圖2為機載雷達接收到的總回波功率譜。
[0017]圖3為採用逆協方差矩陣法對總回波信號進行雜波抑制後數據的功率譜。
[0018]圖4為代價函數值隨搜索速度變化圖。
[0019]圖5為採用不同方法估計得到的速度均方根誤差隨輸入信噪比變化曲線圖。
[0020]圖6為輸入信噪比SNR=OdB時不同方法估計的速度均方根誤差隨動目標速度變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實例對本發明提供的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法進行詳細說明。
[0022]圖1為本發明提供的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法流程圖。
[0023]如圖1所示，本發明提供的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法包括按順序進行的下列步驟:
[0024]I)對機載雷達接收到的總回波數據進行雜波抑制，得到雜波抑制後數據的SI階段:
[0025]在此階段中，利用逆協方差矩陣估計方法來進行雜波抑制；即首先利用鄰近距離門的回波數據估計得到待檢測距離門的雜波協方差矩陣，然後利用鄰近距離門雜波協方差矩陣的逆來估計待檢測距離門的雜波協方差矩陣的逆；再通過空時自適應處理方法完成對待檢測單元內雜波的有效抑制，進而得到雜波抑制後的數據。
[0026]假設N個陣元的均勻線陣的機載雷達系統，其陣元間距為d，在一個相干處理間隔發射K個脈衝，則每個距離門的接收數據可以表示為:
[0027]
【權利要求】
1.一種基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法，其特徵在於，所述的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法包括按順序進行的下列步驟: 1)對機載雷達接收到的總回波數據進行雜波抑制，得到雜波抑制後數據的Si階段； 2)以速度值為變量重構一個目標信號的S2階段； 3)利用上述步驟2)得到的重構目標信號與步驟I)得到的雜波抑制後的數據的1-範數來構造代價函數的S3階段； 4)對速度進行搜索，使得上述代價函數取得最小值時的速度值即為估計結果的S4階段。
2.根據權利要求1所述的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法，其特徵在於:在步驟I)中，所述的對機載雷達接收到的總回波數據進行雜波抑制，得到雜波抑制後數據的方法是利用逆協方差矩陣估計方法來進行雜波抑制；即首先利用鄰近距離門的回波數據估計得到待檢測距離門的雜波協方差矩陣，然後利用鄰近距離門雜波協方差矩陣的逆來估計待檢測距離門的雜波協方差矩陣的逆；再通過空時自適應處理方法完成對待檢測單元內雜波的有效抑制，進而得到雜波抑制後的數據。
3.根據權利要求1所述的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法，其特徵在於:在步驟2)中，所述的以速度值為變量重構一個目標信號的方法是根據目標空時二維數據模型以目標運動速度為變量重構一個目標回波信號。
4.根據權利要求1所述的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法，其特徵在於:在步驟3)中，所述的利用上述步驟2)得到的重構目標信號與步驟I)得到的雜波抑制後的數據的1-範數來構造代價函數的方法是將重構信號與雜波抑制後數據做差，得到差函數，再通過對差函數求1-範數來構造代價函數。
5.根據權利要求1所述的基於重構信號和1-範數的動目標檢測與參數估計方法，其特徵在於:在步驟4)中，所述的對速度進行搜索，使得上述代價函數取得最小值時的速度值即為估計結果的方法是通過對速度進行搜索，使得代價函數取得最小值，此時對應的速度值即為估計結果。
【文檔編號】G01S7/41GK103760540SQ201410008996
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月8日 優先權日:2014年1月8日
【發明者】李海, 吳仁彪, 鄭景忠, 賈瓊瓊 申請人:中國民航大學