1.一种基于贝叶斯压缩感知的雷达信号测量方法,包括如下步骤:
步骤1.建立雷达信号测量模型,获得信号各分量的先验信息,包括:(1.1)根据雷达具有结构性干扰噪声的特征,建立其测量模型,表示为Y=A(S+C)+N,其中Y表示雷达回波信号的测量数据,A表示感知矩阵,S、N和C分别表示矩阵维度为M×D的雷达有用信号、结构性干扰噪声和测量噪声,并假设测量噪声为高斯白噪声;
(1.2)获取雷达测量信号各分量的先验信息,即S、N和C的协方差矩阵,分别表示为Rs、Rc和σIM,其中σ表示噪声分量的方差,I表示单位矩阵,M表示信号长度,这些先验信息可以通过数据训练或者预先的统计估计获得;
步骤2.建立雷达信号测量模型中感知矩阵优化的代价函数,包括:
(2.1)根据统计估计理论,可以通过最小化雷达测量信号的后验协方差的迹,即后验协方差的特征值最小化,使置信椭圆的轴长最小化,实现最小化均方误差,获得高度集中的后验分布,因此,目标函数表示为:min tr(Rs/y);
(2.2)为了降低雷达测量过程中结构性噪声的影响,需要对感知矩阵进行能量约束,以降低噪声能量传递到测量数据中,代价函数需在步骤(2.1)所设定的目标函数基础上增加约束条件,表示为: 其中P表示能量约束常数,‖·‖F表示Frobenius范数;
步骤3.求解雷达信号测量模型中感知矩阵优化的代价函数,包括:
(3.1)令G=AHA、R=Rs+Rc,分别进行特征分解,表示为R=VDVH、G=ΓΛΓH,其中,矩阵右上角的H表示转置矩阵,V是由R的特征向量矩阵,D=diag{d1,…,dM}是由R的特征值组成的对角矩阵,Γ是由G的特征向量组成的矩阵,Λ=diag{λ1,…,λM}是由G的特征值组成的对角矩阵;
(3.2)求解后验协方差矩阵Rs/y=Rs-RsAH(A(Rs+Rc)AH+σIM)-1ARs,利用Woodbury恒等式和Searle等式变换,得到 为了得到最优解,在优化过程中需要对感知矩阵A的解空间进行约束,将解空间投影到R生成的信号空间中,即G的特征向量约束到R的特征向量中;
(3.3)由于矩阵R和G特征向量的正交性,令 vm表示矩阵RsV的第m列,可得结合Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件,拉格朗日方程表示为 其中α表示拉格朗日乘数,求解该方
程得到优化后G的特征值,表示为 由此,优化后的感
知矩阵表示为
步骤4.利用优化后的感知矩阵对雷达信号进行测量和信号重构。