基于单比特压缩感知雷达的目标时延估计方法.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CN109343018A(43)申请公布日2019.02.15(21)申请号201810983214.3(22)申请日2018.08.27(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人尹佳王雅婷陈胜垚席峰(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人陈鹏(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图4页(54)发明名称基于单比特压缩感知雷达的目标时延估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于单比特压缩感知雷达的目标时延估计方法，首先均匀离散化目标可能存在的时延范围，利用极化内插法在目标最邻近的时延网格处稀疏表示雷达回波，构造单比特压缩感知模型，然后通过凸优化方法求解目标最邻近的时延网格，再求解用极化内插方法表达的目标回波的系数矢量，估计出目标时延与最邻近时延网格之间的时延偏移量，完成目标时延参数估计。本发明有效地解决了传统压缩感知雷达采样速率慢、量化结构复杂、功耗大等问题，降低了系统代价，提高了采样效率；同时，与泰勒内插法比，极化内插法的插值误差小，得到的时延估计精度较高。CN109343018ACN109343018A权利要求书1/3页1.一种基于单比特压缩感知雷达的目标时延估计方法，其特征在于，包括：雷达发射宽带线性调频信号并接收回波，再对回波奈奎斯特采样；将目标可能存在的时延范围均匀离散化成时延网格，用极化内插法在目标最邻近的时延网格处稀疏表示雷达回波；通过随机测量矩阵对回波信号进行压缩测量，并单比特量化成单比特测量矢量，构造单比特压缩感知模型；用凸优化方法求解目标最邻近的时延网格；求解用极化内插方法表示的目标回波的系数矢量，估计出目标时延与最邻近时延网格之间的时延偏移量，并根据估计出的最邻近时延网格和时延偏移量得到目标的时延估计。2.根据权利要求1所述的基于单比特压缩感知雷达的目标时延估计方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：步骤1、雷达发射信号s(t)，假定场景中包含K个目标，它们的时延和反射强度分别为{τ′1,τ′2,...,τ′K}和{p1,p2,...,pK}，得到回波信号r(t)，并对它进行奈奎斯特采样得到回波矢量r，其中Nt是奈奎斯特采样个数；步骤2、根据发射信号s(t)构建字典矩阵其中Ψ(τ′K)的第k列为信号s(t-τ′k)的奈奎斯特采样向量f(τ′k)，k＝1,...,K；那么可以用字典T矩阵Ψ(τ′K)和目标反射系数矢量pK＝[p1,p2,...,pK]来表示回波r，即：r＝Ψ(τ′K)pK步骤3、对目标可能存在的时延范围均匀离散化，得到时延网格{τ1,τ2,…τn…τN}，n＝1,...N，每相邻的两个时延网格的间距为Δτ＝τn-τn-1；真实目标时延τ′k不一定在时延网格上，我们假定它与最邻近的时延网格τT(k)存在偏差δτk，|δτk|＜Δτ/2，则可以得到τ′k＝τT(k)+δτk，其中T(k)＝round(τ′k/Δτ)，round(·)表示根据四舍五入取整数值；于是，这K个目标的最邻近时延网格表示为对应的K个时延偏差值表示为用极化内插法在最邻近时延网格τT(k)处近似表示单个目标回波，可以得到其中ra＝||f(τi)||2，因此雷达回波可以表示成：r≈C(τ0)α+U(τ0)β+V(τ0)γ其中C(τ0)＝[c(τT(1))c(τT(2))...c(τT(K))],U(τ0)＝[u(τT(1))u(τT(2))...u(τT(K))]，V(τ0)＝[v(τT(1))v(τT(2))...v(τT(K))]。信号{c(τT(k)),u(τT(k)),v(τT(k))}是由的线性组合计算得到：2CN109343018A权利要求书2/3页步骤4、通过随机测量矩阵对回波矢量r进行压缩测量，得到压缩测量矢量然后将b单比特量化成单比特测量矢量具体表示如下：y＝sign(b)＝sign(Φr)＝sign(Φ(C(τ0)α+U(τ0)β+V(τ0)γ))＝sign(CC(τ0)α+UU(τ0)β+VV(τ0)γ)其中sign(·)是符号函数，表示为：根据上述单比特压缩测量模型，可通过如下非线性优化问题：求解真实目标时延τ′K，其中Y＝diag(y)；步骤5、通过时延网格构建离散时延字典矩阵基于测量矩阵Φ、字典矩阵Ψ(τ)和单比特测量矢量y，求解优化问题：通过凸优化方法将步骤5的优化问题转变为求解目标反射系数矢量通过中J个最大元素的索引得到真实目标最邻近的时延网格此处取J＝K+floor(K/2)，floor(K/2)表示取不大于K/2的最大整数；步骤6、通过上述步骤求解得到的时延网格估计τJ,0构造C(τJ,0)，U(τJ,0)，V(τJ,0)，求解