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专利号: 202110559072X
申请人: 西安理工大学
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:2025-04-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于最大似然的嵌套阵稀疏表示波达方向估计方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、根据目标到嵌套阵雷达系统接收阵列的波达方向以及嵌套阵的布阵结构,计算接收阵列的回波信号;

步骤2、根据步骤1得到的接收阵列的回波信号,计算嵌套阵接收数据的协方差矩阵;

步骤3、根据稀疏表示理论,在角度维划分整个空域,得到角度集合;矢量化步骤2得到的嵌套阵接收数据协方差矩阵,并在角度集合上稀疏展开,得到嵌套阵波达方向估计稀疏模型;

步骤4、构造块对角矩阵,剔除步骤3稀疏模型中的噪声项,得到去噪后嵌套阵波达方向估计稀疏模型;再结合步骤2得到的协方差矩阵计算噪声白化矩阵,结合得到的去噪后嵌套阵波达方向估计稀疏模型,计算噪声白化后的稀疏模型;

步骤5、根据步骤4建立的噪声白化后的稀疏模型,计算目标波达方向。

2.根据权利要求1所述的基于最大似然的嵌套阵稀疏表示波达方向估计方法,其特征在于,所述步骤1中接收阵列的回波信号y(t)计算如下:y(t)=A(θ)s(t)+n(t),T T

其中,s(t)=[s1(t),s2(t),…,sK(t)]表示信号矢量,[·] 为转置运算,K表示目标个数,n(t)表示通道噪声矢量,假设服从复高斯分布,即 表示均2

值为μ,协方差矩阵为Σ的复高斯分布,σ表示噪声功率,IM×M表示维数为M×M的单位矩阵,M表示阵元个数,A(θ)为阵列流形矩阵,A(θ)=[a(θ1),a(θ2),…,a(θk),…,a(θK)],a(θk)表示阵列导向矢量,θk表示第k个目标的来波方向,k=1,2,…,K, (·)m表示矢量的第m个元素,Dm表示嵌套阵雷达系统第m个阵元相对参考阵元的位置信息,m=1,

2,…,M,λ表示电磁波的波长,t表示采样率归一化的时间,t=1,2,…,L,L为总快拍数。

3.根据权利要求2所述的基于最大似然的嵌套阵稀疏表示波达方向估计方法,其特征在于,所述步骤2协方差矩阵 的计算具体如下:H

其中,(·) 为共轭转置运算。

4.根据权利要求3所述的基于最大似然的嵌套阵稀疏表示波达方向估计方法,其特征在于,所述步骤3具体如下:步骤3.1、根据稀疏表示理论,在角度维划分整个空域,得到角度集合Θ:Θ={θ1,θ2,…,θn,…,θN},其中,N表示空域角度划分个数,θn表示第n个划分的角度,n=1,2,…,N;

步骤3.2、矢量化步骤2得到的嵌套阵接收数据协方差矩阵其中,vec(·)表示矢量化运算;

步骤3.3、将步骤3.2得到的矢量化后的yv在步骤3.1得到的角度集合Θ上稀疏展开:2

yv=Ψ(Θ)pΘ+σ1+Δyv,

其中, 表示Kronecker积,(·)*表示共轭运算,pΘ为稀疏向量,非零位置对应的角度信息即为目标的来波方向, em表示除第m个元素为1外,其它元素均为0的单位矢量,Δyv表示嵌套阵理论协方差矩阵和实际协方2

差矩阵差值矢量化后的向量,嵌套阵波达方向估计稀疏模型即为yv=Ψ(Θ)pΘ+σ1+Δyv。

5.根据权利要求4所述的基于最大似然的嵌套阵稀疏表示波达方向估计方法,其特征在于,所述步骤4具体如下:步骤4.1、构造块对角矩阵J:

其中,Jm=[e1,…,em‑1,em+1,…,eM],m=2,…,M‑1,J1=[e2,…,eM],JM=[e1,…,eM‑1];

步骤4.2、根据步骤2得到的协方差矩阵 和步骤4.1得到块对角矩阵J,计算噪声白化矩阵W:步骤4.3、建立去噪后嵌套阵波达方向估计稀疏模型;

利用步骤4.1得到的块对角矩阵J,剔除步骤3稀疏模型中的噪声项,得到去噪后嵌套阵波达方向估计稀疏模型:yJ=Jyv=JΨ(Θ)pΘ+JΔyv;

步骤4.4、根据步骤4.2得到的噪声白化矩阵W及步骤4.3得到的稀疏模型,建立噪声白化后的波达方向估计稀疏模型yw:‑1/2 ‑1/2

yw=W yJ=W JΨ(Θ)pΘ+ε=Φ(Θ)pΘ+ε,‑1/2

其中,Φ(Θ)=W JΨ(Θ), 服从复高斯白噪声分布。

6.根据权利要求5所述的基于最大似然的嵌套阵稀疏表示波达方向估计方法,其特征在于,所述步骤5具体如下:步骤5.1、假设稀疏向量pΘ服从复高斯分布,即其中,P(·|·)表示条件概率,Γ=diag(γ1,γ2,…,γN),diag(·)表示对角操作运算;

步骤5.2、根据步骤4.4中Φ(Θ)、yw以及步骤5.1中Γ,分别计算稀疏向量pΘ的均值 和协方差矩阵步骤5.3、根据步骤5.2得到的稀疏向量pΘ的均值 和协方差矩阵 计算栅格最大似然估计q

其中,ζ是一个极小正数,(·) 表示第q次迭代,(·)n,n表示矩阵第n行第n列的元素;

步骤5.4、根据步骤5.3得到的所有的栅格最大似然估计值 形成空间谱,由谱峰位置计算协方差矩阵Σ‑k:

H

Σ‑k=Φ(Θ‑k)diag(γ‑k)Φ(Θ‑k) +IM(M‑1)×M(M‑1),其中, 表示从集合Θ中删除空间谱谱峰所对应的第k个信号源对应的栅格表示从步骤5.3得到的栅格最大似然估计结果中删除第k个信号源对应的 的估计值;

步骤5.5、计算参数

步骤5.6、根据步骤5.4得到的协方差矩阵Σ‑k和步骤5.5得到的参数 计算目标波达方向最大似然估计θk:其中, Re{·}表示取

实部运算, 表示第k个信号源对应的栅格 左右领域的角度集合,argmax[·]表示取函数最大值的变量值。