一种低空目标微多普勒特征提取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109932716A(43)申请公布日2019.06.25(21)申请号201910173828.X(22)申请日2019.03.03(71)申请人中国人民解放军空军工程大学地址710051陕西省西安市长乐东路甲字1号空军工程大学(72)发明人屈筱钰李开明张群罗迎苏令华梁佳倪嘉成王聃林永照(51)Int.Cl.G01S13/89(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图4页(54)发明名称一种低空目标微多普勒特征提取方法(57)摘要公开一种低空目标微多普勒特征提取方法，包括下列步骤：经外辐射源照射的目标回波信号的接收和预处理；对目标微动频率进行提取并构建多重观测矢量模型；构建目标微多普勒特征参数字典；低空目标的微多普勒特征提取。在地杂波和其他杂波能够被很好地滤除的前提下，本发明能对高斯白噪声信道条件下的低空目标实现很好的微多普勒特征提取。CN109932716ACN109932716A权利要求书1/3页1.一种低空目标微多普勒特征提取方法，包括下列步骤：第一步：经外辐射源照射的目标回波信号的接收和预处理外辐射源发射LTE通信信号，照射到目标后，由目标反射的信号称为目标回波信号，接收机收到信号后，对其进行采样接收并输出接收信号；外辐射源输出的通信信号为其中，N为子载频数，K为编码长度，n为子载频的标号，k为编码长度的标号，an为第n个子载频的加权系数，Are为实部调制系数，Aim为虚部调制系数，Tp为正交频分复用OFDM符号持续时间，f0为载波频率，Δf为子载频频率间隔；其中，Δf满足OFDM正交性条件其中，i，j为子载频的编号，表示任意两个子载频均满足正交性条件，即Δf＝1/Tp(3)则接收到的目标回波信号为其中，tm为慢时间，tk为快时间，σ为目标的散射系数，r(tm)为目标分别与外辐射源、接收机的距离之和，c为真空中光速；参考信号为接收机到外辐射源的直达波信号，可表示为其中，D为外辐射源与接收机之间的距离；假设接收信号中的多径杂波得到较好地抑制，已获取较为干净的目标回波与直达波，则将回波信号与参考信号共轭相乘，得到基带回波可表示为2CN109932716A权利要求书2/3页其中，为sr(tk，tm)的共轭信号；第二步：对目标微动频率进行提取并构建多重观测矢量模型(a)多重观测矢量模型设存在一维矢量x＝[x(1)，…，x(U)]T在U维规范正交基Ψ下的坐标α仅含有B个非零元素，B＜＜U，则称α是B稀疏的；其中，x(1)，…，x(U)是在常规坐标系下的坐标；Ψ称为x的稀疏基矩阵；设存在与Ψ不相关的观测矩阵ΦV×U(V＜U)对矢量x进行线性观测，观测结果可记为y＝Φx＝ΦΨα＝Θα，式中Θ＝ΦΨ称为感知矩阵；原始的N维信号矢量x降为M维的矢量y；当满足约束等距性条件时，信号矢量x的稀疏表示可通过求解最小l0范数解决，即α＝argmin||α||0(8)式中，α即为上述矢量x的稀疏表示，α满足条件y＝ΦΨα；T考虑若存在L个具有相同稀疏结构的信源，记作X＝[x1，…，xL]，X是由L个x，即x1，…，xL构成的矩阵，则可以采用相同的观测矩阵，观测结果可表示为Y＝ΦX＝Φ[x1，…，xL](9)这种模型称为多重观测矢量MMV模型，重数为L；利用信号具有相同稀疏结构这一先验信息，通过稀疏矩阵秩最小化进行求解，即联立如下方程组式中，A为X的稀疏表示，αl表示第l个信源在U维规范正交基下的坐标，且满足条件Y＝ΦΨ[α1，…，αL]；(b)构建多重观测矢量模型针对第一步输出的基带回波信号，若慢时间tm和快时间tk分别采样M′和N′个，则回波信N′×M′号可表示为矩阵形式Sr∈R，式中R表示实数矩阵；由于目标姿态的变化，无法直接将观测所得的回波矩阵作为多重观测矢量Sr；因此，抽取目标相同姿态的快时间时刻t′s的基带回波，构建具有相同稀疏结构的多重观测矢量模型，从而能够对其稀疏表达进行求解；由于需要提取某一快时间时刻的回波，因此需要目标微动频率这一先验信息；利用正弦调频傅里叶贝塞尔变换提取目标微动频率f；利用提取的微动频率f′，其中f′为提取的目标微动频率的估计结果，构建基带回波的多重观测矢量模型S(f′)＝[sb(t′s1，t′m1)，sb(t′s2，t′m2)，…，sb(t′sN′，t′mN′)](11)其中，T＝1/f′为目标的微动周期，t′si为标记的快时间时刻，t′mi为快时间时刻t′si对3CN109932716A权利要求书3/3页应的慢时间序列，即t′mi＝t′si，t′si+T，...，t′si+LT，为同一姿态在雷达照射时间t出现的次数，表示向下取整，sb(t′si，t′mi)表示以t′si，t′mi为参量的基带回波信号，i＝1，2，...，N′