1.一种冲击噪声下基于张量分解和K‑means聚类的MIMO雷达阵列诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)根据MIMO雷达接收阵列在第k个脉冲周期的输出信号矩阵 获得在第n个接收阵元回波信号中分离出第m个发射通道信号时所使用的匹配滤波器系数矢量Wm,n,k;
(2)利用所设计的匹配滤波器系数矢量Wm,n,k对MIMO雷达接收阵列的输出信号进行匹配滤波处理,得到虚拟阵列输出yk,计算出虚拟阵列协方差矩阵R;
(3)根据虚拟阵列输出数据的多维特性,由虚拟阵列协方差矩阵R构建三阶PARAFAC张量
(4)利用COMFAC算法快速分解三阶协方差张量 得到发射阵列和接收阵列流形矩阵的估计值
(5)采用K‑means聚类方法计算收发阵列流形矩阵估计值的聚类中心;
(6)计算用于诊断发射阵列和接收阵列中故障阵元的门限阈值;
(7)由发射阵列和接收阵列的流形矩阵估计值 和 获得矢量ωt和ωr,对ωt和ωr中每个元素分别关于阈值Tt和Tr进行门限检测,获得发射阵列和接收阵列故障阵元的位置。
2.根据权利要求1所述的冲击噪声下基于张量分解和K‑means聚类的MIMO雷达阵列诊断方法,其特征在于,步骤(1)所述的匹配滤波器系数矢量Wm,n,k为:式中,表示Hadamard乘积; 为第n(n=1,2,…,N)个接收阵元在第k个脉冲周期内的接收信号,即矩阵 的第n行元素,其中N为接收阵元数; 其中,σ>0为高斯核宽度;med(·)表示取中值; 为第m(m=1,2,…,M)个发射阵元的发射信T
号矢量,M为发射阵元数,P为每个脉冲周期内的采样个数,(·) 表示转置。
3.根据权利要求1所述的冲击噪声下基于张量分解和K‑means聚类的MIMO雷达阵列诊断方法,其特征在于,所述步骤(2)通过以下公式实现:式中,yk为将所有接收阵元的第k个脉冲周期内回波经匹配滤波后的输出ym,n,k(m=1,
2,…,M;n=1,2,…,N)按顺序排成维度为MN×1的输出向量,即等效为MN个虚拟阵元的输出;⊙表示Khatri‑Rao积;和 为存在故障阵元时的发射阵列和接收阵列流形矩阵;gk为大小为MN×1的冲击噪声经匹配滤波后的输出向量;
βl为第l个目标的反射系数,fdl表示第l个目标的多普勒频率,fs为脉冲重复频率;L为目标H
个数;K为脉冲重复周期数;(·) 表示复共轭转置运算。
4.根据权利要求1所述的冲击噪声下基于张量分解和K‑means聚类的MIMO雷达阵列诊断方法,其特征在于,步骤(3)所述协方差矩阵R的三阶PARAFAC张量为:式中, 为L×L×L单位张量,即第(l,l,l)个(l=1,2,…,L)个元素为1,其余均为零;
*
×n为模‑n张量与矩阵乘积; 其中, 为对角矩阵;(·) 表示复共轭; 为三阶形式的噪声张量。
5.根据权利要求1所述的冲击噪声下基于张量分解和K‑means聚类的MIMO雷达阵列诊断方法,其特征在于,所述步骤(5)包括以下步骤:(51)随机选择两个簇类的聚类中心(52)定义 第m行元素与每一个聚类中心的欧式距离,即:其中, 为矩阵 中各个元素取绝对值所得到的矩阵; 为 的第m行元素,m=
1,…,M;依次对比 每一行元素与每一个聚类中心的距离,将 中每一行元素分配到距离最近的簇类中:
式中,Cm表示 中第m行元素所属的簇类标签,其取值为1或2;
(53)为了获取准确的聚类中心,重新计算聚类簇的中心:式中, 为指示函数;
(54)重复(52)和(53)两步,直到聚类中心μt1和μt2不再变化;
(55)对接收阵列流形矩阵估计值 中各元素取绝对值得到矩阵 则接收阵列流形矩阵 的聚类中心μr1和μr2选取方法与 的聚类中心μt1和μt2的选取相同。
6.根据权利要求1所述的冲击噪声下基于张量分解和K‑means聚类的MIMO雷达阵列诊断方法,其特征在于,步骤(6)所述的用于诊断发射阵列和接收阵列中故障阵元的门限阈值分别为:
式中,sum(v)表示对矢量v中元素求和,βt和βr为调节因子,μtj为发射阵列流形矩阵的聚类中心,μrj为接收阵列流形矩阵的聚类中心。
7.根据权利要求1所述的冲击噪声下基于张量分解和K‑means聚类的MIMO雷达阵列诊断方法,其特征在于,步骤(7)所述的矢量ωt和ωr分别为:ωt=[ωt1,ωt2,…,ωtM]ωr=[ωr1,ωr2,…,ωrN]式中, m=1,2,…,M; n=1,2,…,N。