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专利号: 2021106841072
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:

1.一种阵元失效下基于低秩和稀疏先验的MIMO雷达DOA估计方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:阵元失效下具有M个发射阵元和N个接收阵元的MIMO雷达在Q个脉冲周期的回波信号经过匹配滤波处理后,获得MN个虚拟阵元输出数据矩阵,将失效发射阵元和失效接收阵元所对应的虚拟阵元输出数据置为零;

步骤2:计算MIMO雷达虚拟阵列协方差矩阵在Q个脉冲周期下的最大似然估计;

步骤3:对于整个离散空间,采用等正弦空间稀疏化方式划分为I个粗网格,构造冗余字典;

步骤4:采用稀疏先验和低秩先验来联合正则化协方差矩阵的行和列,建立矩阵填充模型;

步骤5:将矩阵填充模型表示成增广拉格朗日函数形式;

步骤6:利用交替方向乘子算法ADMM迭代交替估计最优变量,当迭代优化其中一个变量时,通过固定其他变量方式来求解;算法收敛或者达到最大迭代次数时,迭代停止;

步骤7:获得完整的MIMO雷达协方差矩阵R,利用RD‑ESPRIT算法从R中估计出目标DOA。

2.根据权利要求1所述的阵元失效下基于低秩和稀疏先验的MIMO雷达DOA估计方法,其特征在于,所述步骤1具体包括:经过置零处理后,阵元失效下MIMO雷达虚拟阵列输出信号表达式为式中, 为第(n‑1)×M+m个虚拟阵元输出信号,n=1,2,...,N,m=1,2,...,M,表示为

ym,n(q)为第(n‑1)×M+m个虚拟阵元在第q个快拍的输出信号,q=1,2,…,Q, 为输出噪声矢量;ΩT和ΩR为失效发射阵元和失效接收阵元位置集合;

T

和 分别为存在失效阵元时发射阵列和接收阵列的流形矩阵;(·) 表示矩阵转置;

⊙表示Khatri‑Rao积; 是目标系数矩阵,表示复数域;

为阵元失效下的高斯白噪声矩阵,

式中, 为第(n‑1)×M+m个虚拟阵元输出信号,n=1,2,...,N,m=1,2,...,M。

3.根据权利要求2所述的阵元失效下基于低秩和稀疏先验的MIMO雷达DOA估计方法,其特征在于,所述步骤2具体包括:计算MIMO雷达虚拟阵列协方差矩阵在Q个脉冲周期下的最大似然估计为式中, 为对角矩阵,P为目标个数;

H

(·) 表示复数矩阵共轭转置; 为噪声协方差矩阵;

所述步骤3具体包括:

对于整个离散空间,采用等正弦空间稀疏化方式划分为I个粗网格 其中,θi为正弦值网格 所对应的角度,其中i=1,2,...,I,构造冗余字典 式中,

T

dr为接收阵元间距,λ为载波波长,(·) 表示矩阵转置,表示复数域,表示Kronecker积; dt为发射阵元间距;等正弦空间稀疏化方式的搜索空域为[‑1,1],设置等正弦划分间隔0.01,则网格数I=201;

所述步骤4具体包括:

建立如下矩阵填充模型:

式中,R是待恢复协方差矩阵;γ是正则化参数;||·||*表示核范数;E是辅助变量矩阵来补偿矩阵 缺失元素; 为对角矩阵,其非零行的位置对应冗余字典中真实目标DOA的正弦值,满足其中,i=1,2,...,I为字典中网格序号;vp为第p个真实目标DOA的正弦值, 为矩阵 中第(i,i)个元素,[Rs]p,p为矩阵Rs中第(p,p)个元素;Ψ为矩阵 中已知非零元素位置的集合; 表示投影到集合Ψ的投影算子; 为稀疏促进函数,用SCAD惩罚函数表示,即其中, 为 中第(i1,i2)个元素,pξ(|xi|)表示为式中,ξ为调整参数,a为常量;

所述步骤5具体包括:

将矩阵填充模型表示成增广拉格朗日函数形式:式中,Z1和Z2为拉格朗日乘子矩阵;μ1和μ2为惩罚因子;<·>表示两个矩阵的内积;||·||F为Frobenius范数;

所述步骤6具体包括:

利用ADMM算法迭代交替估计最优变量R, E,Z1,Z2,得到如下第k次迭代时的优化:式中,ρ1和ρ2都是大于1的常数,确保每次迭代过程中 和 这两个惩罚因子一直递增,从而得到全局最优解。