一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)陣列信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法。該基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法包括以下步驟：S1：利用雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，雷達(dá)的接收陣列接收回波信號(hào)，所述雷達(dá)的接收陣列為均勻線陣，構(gòu)造回波信號(hào)的模型；S2：分別恢復(fù)出x(t1)至x(tN)，得出整個(gè)回波信號(hào)X(t)；恢復(fù)雷達(dá)在ti時(shí)刻的接收信號(hào)x(ti)包括以下步驟：構(gòu)造低秩矩陣，通過(guò)矩陣恢復(fù)方法恢復(fù)出x(ti)。
【專利說(shuō)明】一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)陣列信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陣列信號(hào)處理技術(shù)在軍事和民用上具有重要的使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，是世界各國(guó)雷達(dá)、聲納以及通信等技術(shù)研究的熱門領(lǐng)域。在陣列信號(hào)處理中，最常用的就是波達(dá)方向估計(jì)。對(duì)于理想的陣列天線，它的接收數(shù)據(jù)存在特定的關(guān)系，通道間的接收數(shù)據(jù)是相關(guān)的。
[0003]矩陣恢復(fù)(Matrix Completation,簡(jiǎn)記為MC)是繼壓縮感知之后，最近出現(xiàn)的新理論，它主要針對(duì)在滿足低秩特性的條件下的矩陣的重構(gòu)問(wèn)題。并且在最近的研究中已經(jīng)驗(yàn)證了:通過(guò)求解受限制的凸優(yōu)化問(wèn)題精確恢復(fù)低秩矩陣是可能的。通過(guò)對(duì)稀疏表示的分析顯示，利用有限測(cè)量結(jié)果的內(nèi)在冗余性，即固有的信息稀疏性，可以對(duì)降采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。在這種假設(shè)下，就可以運(yùn)用一些基于矩陣恢復(fù)的方法恢復(fù)均勻線陣中未觀測(cè)到的數(shù)據(jù)。
[0004]針對(duì)陣列信號(hào)處理中的波達(dá)方向估計(jì)、波束形成等問(wèn)題，目前已有的方法:1)基于MUSIC的傳統(tǒng)方法進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)效果；當(dāng)陣列天線的部分陣元失效時(shí)，估計(jì)效果會(huì)明顯退化。2)當(dāng)目標(biāo)加干擾的總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陣列天線的陣元數(shù)，且所有陣元正常工作時(shí)，結(jié)合矩陣恢復(fù)和陣列天線的每一個(gè)陣元進(jìn)行低于奈奎斯特采樣率采樣，就可恢復(fù)出訓(xùn)練數(shù)據(jù)矩陣的所有元素，然后進(jìn)行波束形成。但是該方法需要的前提條件時(shí)，陣列天線的所有陣元均正常工作
[0005]可以看出，當(dāng)陣列天線的部分陣元失效時(shí)，以上方法不能得到很好的波達(dá)方向估計(jì)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法。本發(fā)明能夠在雷達(dá)接收陣列的部分陣元失效的條件下，利用矩陣恢復(fù)理論對(duì)該條件下的原始接收數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，并由恢復(fù)得到的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的陣列信號(hào)處理，如波達(dá)方向估計(jì)、陣元誤差校正。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008]一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法包括以下步驟:
[0009]S1:利用雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，雷達(dá)的接收陣列接收回波信號(hào)，所述雷達(dá)的接收陣列為均勻線陣，由M個(gè)陣元組成；在所述M個(gè)陣元中，存在部分失效陣元；所述回波信號(hào)的模型為:X(t)=a(0)s(t)+N(t)，其中，N(t)表示設(shè)定的觀測(cè)噪聲，X(t)表示回波信號(hào)，ΧαΧχα?
?..，x(ti),...，x(tN)], tdtN表示長(zhǎng)度為N的時(shí)間序列，x(ti)表示雷達(dá)在&時(shí)刻的接收信號(hào)，i取I至N ；s(t) = [s(t1),...，s(ti),...，s (tN) ], s (t^為雷達(dá)在&時(shí)刻的接收信號(hào)的幅度；a(0)為雷達(dá)的接收陣列的導(dǎo)向矢量，并且有a(0) = [ai(0 )，...，am(0 )，...，aM(0)]H，H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，am( Θ )表示雷達(dá)的接收陣列中第m個(gè)陣元的導(dǎo)向矢量，m取I至Μ，Θ為波達(dá)方向；
[0010]S2:分別恢復(fù)出x(ti)至x(tN)，得出整個(gè)回波信號(hào)X(t);恢復(fù)雷達(dá)在ti時(shí)刻的接收信號(hào)x(ti)包括以下步驟:
[0011]S21:x(ti)表示為 X(ti) = Lx^ti),...，Xm(ti),...，xM(ti)]T,其中，T 表示矩陣的轉(zhuǎn)置，XfflUi)為雷達(dá)的接收陣列中第m個(gè)陣元在\時(shí)刻的接收信號(hào)；當(dāng)?shù)趍個(gè)陣元為失
效陣元時(shí)，XfflUi)為未知量，反之，XfflUi)為已知量；根據(jù)x(ti)，構(gòu)造對(duì)應(yīng)的矩陣；
【權(quán)利要求】
1.一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:利用雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，雷達(dá)的接收陣列接收回波信號(hào)，所述雷達(dá)的接收陣列為均勻線陣，由M個(gè)陣元組成；在所述M個(gè)陣元中，存在部分失效陣元；所述回波信號(hào)的模型為:X(t)=a(0)s(t)+N(t)，其中，N(t)表示設(shè)定的觀測(cè)噪聲，X(t)表示回波信號(hào)，ΧαΧχα--..，x(ti),...，x(tN)], tdtN表示長(zhǎng)度為N的時(shí)間序列，x(ti)表示雷達(dá)在&時(shí)刻的接收信號(hào)，i取I至N ；s(t) = [s(t1),...，s(ti),...，s (tN) ], s (ti)為雷達(dá)在&時(shí)刻的接收信號(hào)的幅度；a(0)為雷達(dá)的接收陣列的導(dǎo)向矢量，并且有a(0) = [ai(0 )，...，am(0 )，...，aM(0)]H，H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，am( Θ )表示雷達(dá)的接收陣列中第m個(gè)陣元的導(dǎo)向矢量，m取I至Μ，Θ為波達(dá)方向； S2:分別恢復(fù)出XU1)至x(tN)，得出整個(gè)回波信號(hào)X(t);恢復(fù)雷達(dá)在\時(shí)刻的接收信號(hào)x(ti)包括以下步驟:
S21:x(ti)表示為 X(^ti) = IiX1 (t^,...，Xm(t^,...，xM(ti)]T,其中，T 表示矩陣的轉(zhuǎn)置，xm(tj為雷達(dá)的接收陣列中第m個(gè)陣元在\時(shí)刻的接收信號(hào)；當(dāng)?shù)趍個(gè)陣元為失效陣元時(shí)，XfflUi)為未知量，反之，XfflUi)為已知量；根據(jù)xh)，構(gòu)造對(duì)應(yīng)的矩陣i((.)；
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法，其特征在于，在步驟S2之后，采用多重信號(hào)分類算法進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于矩陣恢復(fù)的降采樣陣列信號(hào)處理方法，其特征在于，在步驟S2之后，根據(jù)恢復(fù)出的整個(gè)回波信號(hào)X (t)，得出雷達(dá)的接收陣列的導(dǎo)向矢量a ( Θ )，此時(shí)，計(jì)算Ρ( Θ ):
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于矩陣恢復(fù)的降米樣陣列信號(hào)處理方法，其特征在于，在步驟 SI 中，當(dāng) m=l 時(shí)，am(0)=ai(0)=l ;當(dāng) m 取 2 至 M 時(shí)，am ( Θ ) =#π<1/λ (m_1)sin0，其中，λ為雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)，d為雷達(dá)接`收陣列的陣元間距。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK103885035SQ201410106241
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】朱圣棋, 胡海洋, 楊東, 廖桂生, 陶海紅, 高永嬋, 張學(xué)攀 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)