1.一种多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于,具体步骤包括:
(1)初始化系统参数,建立二维回波数据矩阵;
(2)脉冲压缩处理;
(3)构造回波信号测量矩阵;
(4)设定自适应OMP算法的初始参数;
(5)寻找回波信号测量矩阵与重构残余误差的最大相干项;
(6)更新索引集合;
(7)重构双程距离单元集合上的目标散射系数向量;
(8)计算重构残余误差;
(9)计算平均重构残余误差和平均散射系数向量;
(10)计算平均重构残余误差变化率和平均散射系数变化率;
(11)自适应迭代终止判定。
2.如权利要求1所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于,所述步骤(1)中初始化参数均为已知,初始化参数具体如下:由一个发射机和S个接收机组成系统,其中S≥
3,S个接收机分散布置在地面,以发射机位置为原点,在目标、发射机和接收机所在的地理空间建立X-Y-Z笛卡尔直角坐标系,发射机坐标位置记为T=[0,0,0]T,接收机的坐标位置分别为rj=[xj,yj,zj]T,j=1,2,…,S,[]T表示矩阵转置,系统在X方向、Y方向和Z方向的最远探测距离分别为XXmax、YYmax和ZZmax,最近探测距离分别为XXmin、YYmin和ZZmin;发射机对探测区域宽波束泛光发射线性调频信号,发射脉冲载频为f0,带宽B,脉冲宽度Tp,距离分辨率ρ;发射机及各个接收机在时间上保持同步,以发射机发射线性调频信号时刻为系统时间零点;接收机宽波束泛光接收回波信号,接收机采样频率为fs,采样点数为Nrang,将S个接收机接收的回波信号存储在二维数据矩阵echo={echo(i,j)}中,其中,i=1,2,…,Nrang表示双程距离单元,j=1,2,…,S表示接收机,假设目标坐标为Pt,则该目标的回波信号将被存储在双程距离单元i=ceil(rj/ρ),j=1,2,…,S中,其中,rj=||T-Pt||2+||Pt-rj||2为发射机到目标再到第j个接收机的双程距离,ceil表示向上取整,||||2表示L2范数;
所述步骤(2)脉冲压缩处理的具体步骤为:取出所述步骤(1)的数据矩阵echo,利用脉冲压缩方法对echo的每一列数据echoj,j=1,2,…,S进行脉冲压缩处理,得到脉冲压缩处理后的列向量 将所有接收机脉冲压缩处理后的列向量存储在二维数据矩阵 中,其中i=1,2,…,Nrang;
j=1,2,…,S;
所述步骤(3)构造的回波信号测量矩阵为Θ={Θ(m,c)},其中m=1,2,…,Nrang;c=
1,2,…,Nrang,Θ(m,c)具体表达式为:
3.如权利要求2所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于:所述步骤(4)的具体步骤为:设定自适应OMP算法重构迭代处理的最大迭代次数,记作K;设定平均重构残余误差变化率门限,记作η0;设定平均散射系数变化率初始门限,记作β0;令Ω={1,…,Nrang}表示双程距离单元集合;设定第j,j=1,…,S个接收机在双程距离单元集合Ω上的目标散射系数向量的初始值,记为xj, 为Nrange行1列的复数向量,xj的初始值选择为xj=0;设定第j,j=1,…,S个接收机的重构残余误差初始迭代值记为 为Nrange行1列的复数向量, 的值选择为 其中 为所述步骤(2)获得的
脉冲压缩处理后的第j列向量;设定第j,j=1,…,S个接收机索引集合的初始迭代值,记为的值选择为 其中 表示空集;k表示自适应OMP算法中的第k次迭代,k的初始值设置为k=1。
4.如权利要求3所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于,所述步骤(5)的具体步骤为:采用公式 计算得到自适应OMP算法第k次迭代过程中测量矩阵与第j个接收机重构残余误差的最大相干项,其中 表示提取括号内向量中的最大值元素对应的行序号m值,abs(·)表示对括号内向量中的元素求模,Θ为所述步骤(3)中得到的回波信号测量矩阵,右上角T为转置运算符号, 为算法第k-1次迭代过程中得到的重构残余误差,k表示自适应OMP算法中的第k次迭代次数;若k=1,的值为所述步骤(4)中得到的初始迭代值 否则 通过自适应OMP算法第k-1次迭代过程中所述步骤(8)的重构残余误差计算提供。
5.如权利要求4所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于,所述步骤(6)的具体步骤为:采用公式 计算得到自适应OMP算法第k次迭代过程中的第j个接收机索引集合,记为 其中 为自适应OMP算法第k-1次迭代过程中得到的第j个接收机索引集合,为所述步骤(5)计算得到的测量矩阵与第j个接收机重构残余误差的最大相干项,∪表示并集运算符合,k表示自适应OMP算法中的第k次迭代次数;若k=1, 的值为所述步骤(4)中得到的初始值 k=2时, 的值为自适应OMP算法第1次迭代过程中得到的第j个接收机索引集合 k=3时, 的值为自适应OMP算法第2次迭代过程中得到的第j个接收机索引集合 依次类推,在第k次迭代中且k>1时, 的值为自适应OMP算法第k-1次迭代过程中得到的第j个接收机索引集合。
6.如权利要求5所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于:所述步骤(7)的具体步骤为:重构第j,j=1,…,S个接收机在双程距离单元集合Ω上的目标散射系数向量,具体为:采用公式 和 计算得到自适应OMP算法第k次迭代过程中第j个接收机在双程距离单元集合Ω上的散射系数向量,记为xj,其中 为第j个接收机在双程距离单元集合Ω上的散射系数向量xj中由索引集合对应的元素组成的向量, 为所述步骤(6)中第k次迭代过程中得到的第j个接收机索引集合, 为第j个接收机在双程距离单元集合Ω上的散射系数向量xj中索引集合 对应的元素组成的向量, 为索引集合 在双程距离单元集合Ω上的补集, 表示对括号中矩阵求伪逆矩阵,右上角 为矩阵伪逆运算符号, 为回波信号测量矩阵Θ中由索引集合 对应的列组成的矩阵, 为所述步骤(2)获得的脉冲压缩处理后的第j列向量;
所述步骤(8)的具体步骤为:采用公式 计算得到自适应OMP算法第k
次迭代过程中第j个接收机的重构残余误差,记为 其中 为步骤(2)获得的脉冲压缩处理后的第j列向量。
7.如权利要求6所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于,所述步骤(9)的具体步骤包括:(9.1)采用公式 对所述步骤(8)获得的S个接收机的重构残余
误差 求平均,计算得到平均重构残余误差向量,记为mean_res(k);
(9.2)采用公式sort_xj=sort(abs(xj))对所述步骤(7)获得的第j个接收机在双程距离单元集合Ω上的重构得到的散射系数向量中元素的模值按照升序从大到小排列,记为sort_xj,其中sort(·)表示将括号内向量中的元素根据其值的大小按照升序从大到小排列,abs(·)表示对括号内向量中的元素求模;
(9.3)采用公式 对所述步骤(9.2)获得的S个接收机排序后的散
射系数向量sort_xj,j=1,…,S求平均,计算得到S个接收机在双程距离单元集合Ω上的排序后散射系数的平均散射系数向量,记为mean_x。
8.如权利要求7所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于,所述步骤(10)的具体步骤为:采用公式 计算得到第k次迭代过程中的平均重构
残余误差变化率,记为ηk,其中mean_res(k)为所述步骤(9.1)计算得到的第k次迭代过程中S个接收机的平均重构残余误差向量,||·||2表示对向量求L2范数,|·|表示求绝对值,若k=1,mean_res(k-1)的值为 其中 为步骤(4)中得到的初始迭代值;采用公式 计算得到第k次迭代过程中的平均散射系数
变化率,记为βk,其中mean_x(k)表示向量mean_x中的第k个元素,若k=1,mean_x(k-1)的值为mean_x(0)=mean_x(1)。
9.如权利要求8所述的多基地雷达多目标成像定位方法,其特征在于:所述步骤(11)的具体步骤为:如果ηk≥η0,βk≥βk-1且k<K,则k=k+1,返回所述步骤(5);否则自适应OMP算法终止迭代,输出重构的散射系数和目标个数,且此刻自适应OMP算法第k次迭代得到的散射系数向量xj,j=1,…,S即为S个接收机在双程距离单元集合Ω上最终重构获得的散射系数向量,第k次迭代次数减去1即为自适应OMP算法对探测区域目标个数的估计值,即L=k-1,其中L表示探测区域目标个数的估计值,η0为所述步骤(4)中初始化得到的平均重构残余误差变化率门限,βk为所述步骤(10)计算得到的第k次迭代过程中的平均散射系数变化率,βk-1为所述步骤(10)计算得到的第k-1次迭代过程中的平均散射系数变化率,若k=1,βk-1的值为βk-1=β0,β0为所述步骤(4)中初始化得到的平均散射系数变化率初始门限;将重构获得的散射系数向量xj,j=1,…,S存储在二维数据矩阵ECHO={ECHO(i,j)}中,其中i=1,
2,…,Nrang;j=1,2,…,S。