基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其主要思路為：分別設(shè)定雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ和雷達(dá)陣元間距d，進(jìn)而獲取L次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)，并計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣設(shè)定目標(biāo)所在角度空域范圍為[θd,θu]，并將該角度空域范圍[θd,θu]劃分為K個(gè)角度值，分別計(jì)算目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器Wc和目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器Ws，進(jìn)而依次計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率和雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信號(hào)子空間PI，并根據(jù)Wc和Ws，依次計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣B和雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器wd，進(jìn)而計(jì)算雷達(dá)回波信號(hào)中的稀疏表示矢量并根據(jù)B計(jì)算雷達(dá)回波信號(hào)的最終波束形成器。
【專利說(shuō)明】
基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)抗干擾技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng) 波束形成方法，適用于獲得抑制干擾、改善接收信號(hào)的信噪比的波束形成器。
【背景技術(shù)】
[0002] 有效干擾抑制是雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)和跟蹤的基礎(chǔ)，而自適應(yīng)波束形成是一種常用 的雷達(dá)抗干擾技術(shù)，其目的是抑制干擾信號(hào)的同時(shí)增強(qiáng)目標(biāo)信號(hào)，提高接收信號(hào)的信噪比； 在早期的波束形成方法中，如常規(guī)波束形成(常規(guī)波束形成)方法和直接矩陣求逆(直接矩 陣求逆)方法，假設(shè)估計(jì)得到的噪聲加干擾協(xié)方差矩陣中不包含目標(biāo)，且目標(biāo)入射方向精確 已知，則使用常規(guī)波束形成(常規(guī)波束形成)方法和直接矩陣求逆(直接矩陣求逆)方法得到 的自適應(yīng)波束形成器在上述假設(shè)成立時(shí)均具有良好的性能，但是當(dāng)上述假設(shè)不成立時(shí)，其 干擾抑制性能都會(huì)急劇惡化。
[0003] 為了改善上述方法的性能，F(xiàn)eldman等人在文獻(xiàn)"A projection approach for robust adaptive beamforming，IEEE Trans. Signal Process·，April 1994,vol.42., pp.867-876"中提出了子空間投影(ESB)方法，該子空間投影(ESB)方法通過(guò)將目標(biāo)視在方 向上的導(dǎo)向矢量投影到估計(jì)得到的信號(hào)加干擾子空間，雖能夠提高早期自適應(yīng)波束形成器 的干擾抑制性能，且子空間投影方法在高信噪比情況下也具有良好的性能，但是在低信噪 比情況下其性能下降嚴(yán)重；Bell等人在文獻(xiàn)"A Bayesian approach to robust adaptive beamforming，IEEE Trans · Signal Process·，F(xiàn)eb 2000，vol · 51 ·，pp· 313-324" 中提出了一 種基于貝葉斯思想的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，該自適應(yīng)波束形成方法通過(guò)計(jì)算多個(gè)容易 得到的自適應(yīng)波束形成權(quán)的加權(quán)和來(lái)提高雜波抑制性能，但是該自適應(yīng)波束形成方法在高 信噪比情況下性能惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于稀疏表示的雷達(dá) 穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，該種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法通過(guò)稀疏表 示方法給出一種穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成器得到方法，能夠改善雷達(dá)的干擾抑制性能。
[0005] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] -種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，分別設(shè)定雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ和雷達(dá)陣元間距d，進(jìn)而獲取L次快拍的雷 達(dá)回波信號(hào)，其中第1次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)為11，1^{1，2，一，14 4為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)兒為 雷達(dá)回波信號(hào)包含的快拍次數(shù)；
[0008] 步驟2,利用L次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣1;.
[0009] 步驟3,設(shè)定目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]，并將該角度空域范圍[0d，0 u]劃分 為K個(gè)角度值，其中第k個(gè)角度值為0k，然后根據(jù)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ和雷達(dá)陣元間距d，分 別計(jì)算得到目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和目標(biāo)所在角度空域 范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器Ws，其中第k個(gè)角度值01{對(duì)應(yīng)的常規(guī)波束形成 器為Wck，第k個(gè)角度值9k對(duì)應(yīng)的直接矩陣求逆波束形成器為Wsk;
[0010] ke{l，2,…，K}，K為目標(biāo)所在角度空域范圍包含的角度值個(gè)數(shù)，0d為設(shè)定的目標(biāo) 所在角度空域范圍的下限，9 U為設(shè)定的目標(biāo)所在角度空域范圍的上限；
[0011] 步驟4,根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]和雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣J，計(jì) 算得到雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，其中第m個(gè)干擾信號(hào)入射方向?yàn)閕,，并計(jì)算得 到雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率<7,:;
[0012] 步驟5,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中的干 擾信號(hào)子空間Pi;
[0013] 步驟6,根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和目標(biāo)所在 角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器1，依次計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的 基矩陣B和雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器 Wd;
[0014] 步驟7,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信號(hào)子空間P:、雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率< 和雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的稀疏模型，其表達(dá)式 為：
[0016] 滿足所述稀疏模型條件的雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u，為雷達(dá)回波信 號(hào)中的稀疏表示矢量?
[0017] 其中，我[和，Μ]，大為雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率， 卜112為二范數(shù)，11 · I U為一范數(shù)，α為人為確定的大于零的系數(shù);ξ為約束雷達(dá)回波信號(hào) 中的干擾信號(hào)子空間Ρ:和雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u之間正交性的參數(shù)，δ為約 束雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u稀疏性的參數(shù)，且α、ξ和δ均大于零，Ρ:為雷達(dá)回波 信號(hào)中的干擾信號(hào)子空間，Β為雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣；
[0018] 步驟8,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中的稀疏表示矢量?和雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣Β，計(jì)算得 到雷達(dá)回波信號(hào)的最終波束形成器
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 本發(fā)明通過(guò)利用稀疏表示方法，利用估計(jì)得到的信號(hào)協(xié)方差矩陣計(jì)算得到目標(biāo)所 在角度空域范圍內(nèi)Κ個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和直接矩陣求逆波束形成器W s，由常規(guī)波 束形成器w。、直接矩陣求逆波束形成器ws和雷達(dá)回波信號(hào)中的稀疏表示矢量?Η十算得到雷 達(dá)回波信號(hào)的最終期望的波束形成器，有效了改善了常規(guī)波束形成(常規(guī)波束形成)方法、 直接矩陣求逆(直接矩陣求逆)方法、子空間投影(ESB)方法和基于貝葉斯思想的穩(wěn)健自適 應(yīng)波束形成方法干擾抑制能力差和接收信號(hào)的信噪比低的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 圖1為本發(fā)明的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法的實(shí)現(xiàn)流程 圖；其中，CBF波束形成器為常規(guī)波束形成器，SMI波束形成器為直接矩陣求逆波束形成器；
[0023] 圖2為本發(fā)明和傳統(tǒng)方法的信干噪比隨接收信號(hào)信噪比的變化情況示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明和傳統(tǒng)方法的信干噪比隨快拍數(shù)的變化情況示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法的實(shí)現(xiàn) 流程圖；所述基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，包括以下步驟：
[0026]步驟1，分別設(shè)定雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ和雷達(dá)陣元間距d，進(jìn)而獲取L次快拍的雷 達(dá)回波信號(hào)X，其中第1次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)為11，16{1，2，-_丄}4為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)兒為 雷達(dá)回波信號(hào)X包含的快拍次數(shù)。
[0027]步驟2,利用第1次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)幻，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣 其表達(dá)式為：
[0029] 其中，[· ]H表示矩陣共輒轉(zhuǎn)置，X1為第1次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)，le{l，2，~，L}，L 為雷達(dá)回波信號(hào)X包含的快拍次數(shù)。
[0030] 步驟3,設(shè)定目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]，并將該角度空域范圍[0d，0 u]劃分 為K個(gè)角度值，其中第k個(gè)角度值為0k，然后根據(jù)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ和雷達(dá)陣元間距d，分 別計(jì)算得到目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和目標(biāo)所在角度空域 范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器W s，其中第k個(gè)角度值01{對(duì)應(yīng)的常規(guī)波束形成 器為，第k個(gè)角度值9k對(duì)應(yīng)的直接矩陣求逆波束形成器為w sk;
[0031] ke{l，2, ···，!(}，K為目標(biāo)所在角度空域范圍包含的角度值個(gè)數(shù)，0d為設(shè)定的目標(biāo) 所在角度空域范圍的下限，9 U為設(shè)定的目標(biāo)所在角度空域范圍的上限，其表達(dá)式分別為：
[0032] 0d = 0〇-B/2
[0033] 0u=0〇+B/2
[0034] 其中，θ〇為期望的雷達(dá)波束中心指向，B為期望的雷達(dá)波束的半功率點(diǎn)寬度，且B = 50. l/Nd，N為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)，d為雷達(dá)陣元間距。
[0035] (3a)設(shè)定目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]，并將該角度空域范圍[0 d，0u]劃分為K 個(gè)角度值，其中第k個(gè)角度值為0k，表達(dá)式為：
[0037]其中，ke{l，2,···，!(}，K為目標(biāo)所在角度空域范圍包含的角度值個(gè)數(shù)，0<!為設(shè)定的 目標(biāo)所在角度空域范圍的下限，9U為設(shè)定的目標(biāo)所在角度空域范圍的上限。
[0038] (3b)根據(jù)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ、雷達(dá)陣元間距d以及第k個(gè)角度值01{，依次計(jì)算得 到目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和第k個(gè)角度值01{對(duì)應(yīng)的常規(guī)波 束形成器Ik，其表達(dá)式為：
[0039] Wc-[wd , ,Wck, ,Wck]
[0040] Μ, - [1**· ... jf
[0041] 其中，[· ]7表示矩陣轉(zhuǎn)置，11^{1，2，一，《小為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)。
[0042] (3c)根據(jù)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ、雷達(dá)陣元間距d以及第k個(gè)角度值01{，依次計(jì)算得 到目標(biāo)所在角度空域范圍目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器 ws和第k個(gè)角度值01{對(duì)應(yīng)的直接矩陣求逆波束形成器Wsk，其表達(dá)式為：
[0043] Ws-[ Wsl, ''' , Wsk , ''' , WsK ]
[0044] wit = aR^a(0t)
[0045] 其中，ηε{1,2,···,Ν}，N為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)，a(9k)為第k個(gè)角度值01{的導(dǎo)向矢量， 0(巧）二[1，…,#'.1|，細(xì)~/^",#燦-1咖輯抑]'〇為設(shè)定的歸一化系數(shù)，儀=】/^(以 為雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣，11^{1，2，一，《小為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)，[?]7表示矩陣轉(zhuǎn)置。
[0046] 步驟4,根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]和雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣及，計(jì) 算得到雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，其中第m個(gè)干擾信號(hào)入射方向?yàn)榛騘，并計(jì)算得 到雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率d。
[0047] (4a)根據(jù)目標(biāo)所在的空域角度范圍[0d，0u]和雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣I并采 用文獻(xiàn)"Robust adaptive beamforming based on interference covariance matrix sparse reconstruction，Signal Process.，Mar.2014，vol .96.，pp.375_381" 中提出的方 法，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，其中第m個(gè)干擾信號(hào)入射方向?yàn)閕，m e {1，2,…，M}，M為雷達(dá)回波信號(hào)包含的干擾信號(hào)個(gè)數(shù)，下標(biāo)i表不入射方向。
[0048] (4b)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣遍進(jìn)行特征值分解，得到雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方 差矩陣i的最小特征值n min，進(jìn)而計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率
[0049] 步驟5,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中的干 擾信號(hào)子空間Pi。
[0050] 具體地，根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中的 干擾信號(hào)子空間Pi，其表達(dá)式為：
[0051] Pi= [pi,…，Pm,…PM]
[0052] P = [1, · - ·：, e>2*(?-1：WsinC^?)/ a5,.. ?
[0053] 其中，Pm為雷達(dá)回波信號(hào)中的第m個(gè)干擾信號(hào)子空間，me {1,2,··· ,Μ}，Μ為雷達(dá)回 波信號(hào)包含的干擾信號(hào)個(gè)數(shù)，λ為雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，d為雷達(dá)陣元間距，ηε{1，2，···，Ν}， Ν為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)，ne {1，2，···，Ν}，Ν為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)。
[0054] 步驟6，根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)Κ個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和目標(biāo)所在 角度空域范圍內(nèi)Κ個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器1，依次計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的 基矩陣Β和雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器 Wd。
[0055] (6a)根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和目標(biāo)所在角 度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器1，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣 B，其表達(dá)式為：
[0056] B=[ffc,ffs]
[0057] (6b)利用雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣B，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器Wd， 進(jìn)而得到雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u。
[0058] 具體地，所述雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器Wd，其表達(dá)式為：
[0059] wd = Bu
[0000]其中，u為待求的稀疏表示矢量。
[0061]步驟7,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信號(hào)子空間P:、雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率cr"2 和雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的稀疏模型，其表達(dá)式 為：
[0063] 滿足所述稀疏模型條件的雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u，為雷達(dá)回波信 號(hào)中的稀疏表示矢量.? _。
[0064] 其中，=，B= [Wc，Ws]，WC為目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)Κ個(gè)角度值的常規(guī)波 束形成器，Ws*目標(biāo)所在角度空域范圍目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求 逆波束形成器，(jf <為雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率，11 · I h為二范數(shù)，Μ · I |ι為 一范數(shù)，α為人為確定的大于零的系數(shù)，一般取30;ξ為約束雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信號(hào)子空 間？:和雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u之間正交性的參數(shù)，δ為約束雷達(dá)回波信號(hào)中 待求的稀疏表示矢量u稀疏性的參數(shù)，且α、ξ和δ均大于零，雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信號(hào) 子空間，B為雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣。
[0065] 步驟8,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中的稀疏表示矢量6和雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣B，計(jì)算得 到雷達(dá)回波信號(hào)的最終波束形成器力(/，其表達(dá)式為：
[0066] \Vj = Bii
[0067] 通過(guò)以下仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明效果作進(jìn)一步驗(yàn)證說(shuō)明。
[0068] ( - )仿真條件：
[0069]本發(fā)明仿真實(shí)驗(yàn)中軟件仿真平臺(tái)為MATLAB R2010a，實(shí)驗(yàn)中設(shè)定陣列天線個(gè)數(shù)N = 10,發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)為λ，陣元間距(1 = λ2,參數(shù)α，ξ和δ分別設(shè)定為1〇，10-4和10'接收信號(hào)中 存在兩個(gè)干擾信號(hào)，其入射方向分別為-35°和40°，功率分別為30分貝，目標(biāo)信號(hào)的真實(shí)入 射方向?yàn)?°，目標(biāo)的視在入射方向?yàn)?°，根據(jù)先驗(yàn)信息得到目標(biāo)所在空域范圍為[-5°，5° ]， 噪聲信號(hào)功率設(shè)定為〇分貝。為了對(duì)比分析本發(fā)明方法的效果，仿真實(shí)驗(yàn)中同時(shí)給出了直接 矩陣求逆方法，子空間投影方法及貝葉斯方法的處理結(jié)果。
[0070] (二)仿真內(nèi)容及結(jié)果：
[0071] 仿真1，本實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法的輸出信干噪比隨接收信號(hào)信噪 比的變化情況。在上述條件下，目標(biāo)信號(hào)的功率有-25分貝變化到25分貝，即入射信號(hào)信噪 比由-25分貝變化到25分貝，接收快拍次數(shù)L=100,分別采用本發(fā)明方法和傳統(tǒng)信號(hào)處理對(duì) 目標(biāo)的回波信號(hào)進(jìn)行處理，在每一信噪比下獨(dú)立進(jìn)行300次實(shí)驗(yàn)，得到本發(fā)明方法和傳統(tǒng)信 號(hào)處理方法的平均信干噪比隨接收信號(hào)信噪比的變化情況如圖2所示，圖2為本發(fā)明和傳統(tǒng) 方法的信干噪比隨接收信號(hào)信噪比的變化情況示意圖。
[0072] 由圖2可知，直接矩陣求逆方法和貝葉斯方法在低信噪比情況時(shí)具有良好的性能， 但是在高信噪比情況下其性能嚴(yán)重惡化，而子空間投影方法在高信噪比情況下性能良好， 而在低信噪比情況性能下降，而本發(fā)明方法一直具有良好信干噪比性能。
[0073] 仿真2,本實(shí)驗(yàn)用于對(duì)比本發(fā)明方法和傳統(tǒng)方法的輸出信干噪比隨快拍數(shù)的變化 情況。在在上述條件下，設(shè)定目標(biāo)信號(hào)功率為0分別，接收快拍數(shù)L由10變化到300，分別采用 本發(fā)明方法和傳統(tǒng)信號(hào)處理對(duì)目標(biāo)的回波信號(hào)進(jìn)行處理，在每一快拍數(shù)下獨(dú)立進(jìn)行300次 實(shí)驗(yàn)，得到本發(fā)明方法和傳統(tǒng)信號(hào)處理方法的平均信干噪比隨快拍數(shù)的變化情況如圖3所 示，圖3為本發(fā)明和傳統(tǒng)方法的信干噪比隨快拍數(shù)的變化情況示意圖。
[0074] 由圖3可知，傳統(tǒng)方法在快拍數(shù)較多時(shí)具有良好的性能，但是在小快拍數(shù)情況下性 能下降，而本發(fā)明方法在小快拍下依然具有良好的性能，這說(shuō)明了本發(fā)明方法具有更好的 穩(wěn)健性。
[0075] 綜上可知，本發(fā)明方法具有良好的干擾抑制性能，能夠用于雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)的干擾抑 制，并且仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性，有效性和可靠性。
[0076] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟1，分別設(shè)定雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ和雷達(dá)陣元間距d，進(jìn)而獲取L次快拍的雷達(dá)回 波信號(hào)，其中第1次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)為xl，le{l，2，…，L}，N為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)，L為雷達(dá) 回波信號(hào)包含的快拍次數(shù)； 步驟2,利用L次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣哀； 步驟3,設(shè)定目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]，并將該角度空域范圍[0d，0u]劃分為K個(gè) 角度值，其中第k個(gè)角度值為0k，然后根據(jù)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ和雷達(dá)陣元間距d，分別計(jì) 算得到目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和目標(biāo)所在角度空域范圍 內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器Ws，其中第k個(gè)角度值0k對(duì)應(yīng)的常規(guī)波束形成器為 Wck，第k個(gè)角度值9k對(duì)應(yīng)的直接矩陣求逆波束形成器為Wsk; 1^￡{1，2，-，，"，1(為目標(biāo)所在角度空域范圍包含的角度值個(gè)數(shù)，0<1為設(shè)定的目標(biāo)所在角 度空域范圍的下限，θυ為設(shè)定的目標(biāo)所在角度空域范圍的上限； 步驟4,根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]和雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣皮，計(jì)算得 到雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，其中第m個(gè)干擾信號(hào)入射方向?yàn)?,并計(jì)算得到 雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率σ:; 步驟5,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信 號(hào)子空間Pi; 步驟6，根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和目標(biāo)所在角度 空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器Ws，依次計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的基矩 陣B和雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器wd; 步驟7,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信號(hào)子空間Pi、雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率的和雷 達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量U，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的稀疏模型，其表達(dá)式為： subject to I|PiBu| |2《ξ，I |u| |ι《δ 滿足所述稀疏模型條件的雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量u為雷達(dá)回波信號(hào)中的 稀疏表示矢量? 其中，矣公I(xiàn)I/?及，B=[Wc，Ws]，請(qǐng)=貨於，的為雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率，I I · I h為 二范數(shù)，I I · Ml為一范數(shù)，α為人為確定的大于零的系數(shù);ξ為約束雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾 信號(hào)子空間Pi和雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量U之間正交性的參數(shù)，δ為約束雷達(dá)回 波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量U稀疏性的參數(shù)，且α、ξ和δ均大于零，Pi為雷達(dá)回波信號(hào)中的 干擾信號(hào)子空間，B為雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣； 步驟8,根據(jù)雷達(dá)回波信號(hào)中的稀疏表示矢量?和雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣B，計(jì)算得到雷 達(dá)回波信號(hào)的最終波束形成器>^^/。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，在步驟2中，所述雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣i，其表達(dá)式為：其中，[· ]H表示矩陣共輛轉(zhuǎn)置，XI為第1次快拍的雷達(dá)回波信號(hào)，1￡{1，2，一，14，1^為雷 達(dá)回波信號(hào)包含的快拍次數(shù)。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，步驟3的子步驟為： (3a)設(shè)定目標(biāo)所在角度空域范圍為[0d，0u]，并將該角度空域范圍[0d，0u]劃分為K個(gè)角 度值，其中第k個(gè)角度值為0k，表達(dá)式為：其中，4￡{1，2，一，1(}，1(為目標(biāo)所在角度空域范圍包含的角度值個(gè)數(shù)，04為設(shè)定的目標(biāo) 所在角度空域范圍的下限，θυ為設(shè)定的目標(biāo)所在角度空域范圍的上限； (3b)根據(jù)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ、雷達(dá)陣元間距dW及第k個(gè)角度值0k，依次計(jì)算得到目 標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器W。和第k個(gè)角度值0k對(duì)應(yīng)的常規(guī)波束形 成器Wck; (3c)根據(jù)雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ、雷達(dá)陣元間距dW及第k個(gè)角度值0k，依次計(jì)算得到目 標(biāo)所在角度空域范圍目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器Ws和 第k個(gè)角度值0k對(duì)應(yīng)的直接矩陣求逆波束形成器wsk。4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，所述為設(shè)定的目標(biāo)所在角度空域范圍的下限，0U為設(shè)定的目標(biāo)所在角度空域范圍的上 限，其表達(dá)式分別為:目d =目0-B/2，目U = θ〇+Β/2; 所述目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)Κ個(gè)角度值的常規(guī)波束形成器Wc、所述第k個(gè)角度值0k對(duì) 應(yīng)的常規(guī)波束形成器WEk、所述目標(biāo)所在角度空域范圍目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值 的直接矩陣求逆波束形成器Ws和所述第k個(gè)角度值0k對(duì)應(yīng)的直接矩陣求逆波束形成器Wsk， 其表達(dá)式分別為：其中，θ〇為期望的雷達(dá)波束中屯、指向，B為期望的雷達(dá)波束的半功率點(diǎn)寬度，且B = 50.1/ Nd，d為雷達(dá)陣元間距，[· ]τ表示矩陣轉(zhuǎn)置，ne{l，2，···，N}，N為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)，a(目k)為第k 個(gè)角度值ek的導(dǎo)向矢量，〇為設(shè)定的歸一化 系數(shù)，化二(馬）復(fù)-?β(6,,)，爲(wèi)為雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣，ne{l，2，…，N}，N為雷達(dá)陣 元個(gè)數(shù)，[· ]τ表示矩陣轉(zhuǎn)置。5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，在步驟4中，所述雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射方向，具體是根據(jù)目標(biāo)所在的空域角 度范圍[0d，0u]和雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣發(fā)，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)中干擾信號(hào)的入射 方向，其中第m個(gè)干擾信號(hào)入射方向?yàn)閨"，111￡{1，2，一，1}，1為雷達(dá)回波信號(hào)包含的干擾信 號(hào)個(gè)數(shù)，下標(biāo)i表示入射方向； 所述雷達(dá)回波信號(hào)中的噪聲功率請(qǐng)，請(qǐng)=也1。，為雷達(dá)回波信號(hào)的協(xié)方差矩陣i的 最小特征值。6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，在步驟5中，所述雷達(dá)回波信號(hào)中的干擾信號(hào)子空間Pi，其表達(dá)式為：其中，Pm為雷達(dá)回波信號(hào)中的第m個(gè)干擾信號(hào)子空間，me {1，2，…，M}，M為雷達(dá)回波信號(hào) 包含的干擾信號(hào)個(gè)數(shù)，λ為雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，d為雷達(dá)陣元間距，ne{l，2，…，N}，N為雷 達(dá)陣元個(gè)數(shù)，ne{l，2，…，N}，N為雷達(dá)陣元個(gè)數(shù)。7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，步驟6的子步驟為： (6a)根據(jù)目標(biāo)所在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的常規(guī)波束形成波束形成器W。和目標(biāo)所 在角度空域范圍內(nèi)K個(gè)角度值的直接矩陣求逆波束形成器Ws，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的基 矩陣B; (6b)利用雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣B，計(jì)算得到雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器wd，進(jìn)而 得到雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量U。8. 如權(quán)利要求7所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，所述雷達(dá)回波信號(hào)的基矩陣B和雷達(dá)回波信號(hào)的期望波束形成器wd，其表達(dá)式分別為： B= [Wc,Ws] ,wd = Bu 其中，u為雷達(dá)回波信號(hào)中待求的稀疏表示矢量。9. 如權(quán)利要求1所述的一種基于稀疏表示的雷達(dá)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法，其特征在 于，在步驟8中，所述雷達(dá)回波信號(hào)的最終波束形成器也，其表達(dá)式為:保，-觀，B為雷達(dá)回 波信號(hào)的基矩陣，&為雷達(dá)回波信號(hào)中的稀疏表示矢量。
【文檔編號(hào)】G01S7/36GK106093887SQ201610473214
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】趙永波, 張盼盼, 程增飛, 水鵬朗, 李慧, 何學(xué)輝
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)