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专利号: 2019106813018
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于迭代加权近端投影的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:对MIMO雷达接收阵列信号进行匹配滤波,取若干快拍下MIMO雷达虚拟阵列的输出信号;

步骤2:对MIMO雷达虚拟阵列输出信号矩阵进行降维变换,得到降维后的接收数据矩阵;

步骤3:计算降维后接收数据的协方差矩阵,并将其向量化运算后得到的数据矢量;

步骤4:根据稀疏重构理论,将搜索空域按等角度间隔划分为多个单元,将数据矢量转换成单测量矢量稀疏表示模型,将MIMO雷达DOA估计问题转化为求解稀疏向量中非零元素位置的问题;

步骤5:利用降维后的协方差逆矩阵的高阶幂构造加权矩阵;

步骤6:利用近端函数模型建立MIMO雷达单测量矢量DOA估计的加权稀疏优化模型;

步骤7:通过多次迭代求解步骤6建立的加权稀疏优化模型,获得稀疏解;

步骤8:通过搜索稀疏解的谱峰所在位置得到真实目标DOA估计值。

2.根据权利要求1所述的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,所述步骤1具体包括如下内容:对具有M个发射阵元和N个接收阵元的MIMO雷达接收阵列信号进行匹配滤波,取J个快拍下MIMO雷达虚拟阵列的输出信号,得到:X=AS+N

其中, 为输出信号矩阵,其中, 表示大小为MN×J的复数域矩阵集合,tj,j=1,2,…,J为第j次快拍的时间;

为信号矩阵;

为高斯噪声矩阵;

为发射接收联合导向矩阵;其中,

为对应第p个目标的发射阵列的导向向量,p=

1,2,...,P; 为对应第p个目标的接收阵列的导T

向向量,p=1,2,...,P;(·) 表示矩阵转置,θp为第p,p=1,2,...,p个目标的方位角,表示Kronecker积,P是非相干目标的数目。

3.根据权利要求2所述的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,所述步骤2具体包括如下内容:对MIMO雷达虚拟阵列输出信号矩阵X进行降维变换,得到降维后的接收数据矩阵:其中, 为降维矩阵, 为

转换矩阵, 0N×M为N×M维的零矩阵,IN表示NH

×N维的单位矩阵,(·)表示共轭转置运算,为降维后的阵列流形矩阵,为信号矩阵, 为降维后的高斯白噪声矩阵。

4.根据权利要求3所述的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,所述步骤3具体包括如下内容:计算降维后接收数据的协方差矩阵 并将其向量化运算后得到的数据矢量y:其中, RS和 分别表示信号和噪声的协方差矩阵,E(·)表示期望运算符,vec(·)表示向量化运算符。

5.根据权利要求4所述的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,所述步骤4具体包括如下内容:根据稀疏重构理论,将搜索空域[‑90°,90°]按等角度间隔划分为L个单元,且L>>P,定义过完备字典:其中,

表示空域内所有可能的入射方向,

⊙表示Khatri‑Rao积;

将数据矢量y转换成单测量矢量稀疏表示模型:其中, vec(·)表示向量化运算符,稀疏向量 是P行稀疏矩阵,中的非零元素对应过完备字典中目标的DOA,将MIMO雷达DOA估计问题转化为求解稀疏向量 中非零元素位置的问题。

6.根据权利要求5所述的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,所述步骤5中,利用降维后协方差逆矩阵的高阶幂构造加权矩阵:w=diag[w1,w2,...,wL]其中,diag(e)表示由向量e中的元素构成的对角矩阵, 其中,向量 为字典 的第l列,m为任意正整数。

7.根据权利要求6所述的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,所述步骤6中,利用近端函数模型建立MIMO雷达单测量矢量DOA估计的加权稀疏优化模型:f(wz)为向量wz中的各个元素代入惩罚函数 计算得到大小为L×1矢量,z为辅助变量,λ为调整参数,a>2为常量, 定义为可行集的指示函数,ε为噪声功率的上界。

8.根据权利要求7所述的MIMO雷达单测量矢量DOA估计方法,其特征在于,所述步骤7中,通过多次迭代求解加权稀疏优化问题的具体步骤为:H H ‑1 H H ‑1

(7.1)定义初始值u0=Aθ(AθAθ) y,u1=Aθ(AθAθ) y,定义[λ1,λ2,...,λQ]为一组调整参数序列,并且满足关系λq+1=cλq,0<c<1,λ1=max{|u0|},其中,Q为外循环迭代次数;

(7.1)定义外循环变量q用来迭代求解加权稀疏优化问题,q赋初值为1;

(7.3)令λ=λq;

(7.4)定义内循环变量k用来迭代求解全局最小值并将该最小值投影到可行集,k赋初值为1;

(7.4a)令 令 其中,w为步骤5中构造的加权矩阵;

(7.4b)利用外推步骤得到 其中μ≥0为外推常数;

(7.4c)非凸非平滑函数 的近端算子为:通过SCAD惩罚函数 产生相应的SCAD阈值函数 来计算非凸非平滑函数 的近端算子,即 其中, 为向量 中的各个元素代入SCAD阈值所计算得到的大小为L×1的矢量,sign(·)为符号函数,(α)+=max(α,0);

(7.4d)令 将 投影到可行集,得到稀疏解 其中 代表可行集 的投影;

(7.4e)令

(7.4f)当k≥K时,其中,K为内循环迭代次数,转至步骤(7.5),否则,令k=k+1,返回步骤(7.4a);

(7.5)当q≥Q时,转至步骤(7.6),否则,令q=q+1,返回步骤(7.3);

(7.6)获得最终稀疏解