一種多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其包括：初始化系統(tǒng)參數(shù)，建立二維回波數(shù)據(jù)矩陣；脈沖壓縮處理；構(gòu)造回波信號(hào)測量矩陣；設(shè)定自適應(yīng)OMP算法的初始參數(shù)；尋找回波信號(hào)測量矩陣與重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)；更新索引集合；重構(gòu)雙程距離單元集合上的目標(biāo)散射系數(shù)向量；計(jì)算重構(gòu)殘余誤差；計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差和平均散射系數(shù)向量；計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差變化率和平均散射系數(shù)變化率；自適應(yīng)迭代終止判定。本發(fā)明利用平均重構(gòu)殘余誤差變化率和平均散射系數(shù)變化率作為自適應(yīng)OMP算法迭代終止的判定條件，利用自適應(yīng)OMP算法迭代終止次數(shù)估計(jì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)，適用于實(shí)際情況下目標(biāo)個(gè)數(shù)未知的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位。
【專利說明】
一種多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于多基地雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種基于自適應(yīng)0ΜΡ的多基 地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多基地雷達(dá)多目標(biāo)定位中為實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)的可靠定位，需要首先完成數(shù)據(jù)關(guān) 聯(lián)。然而，復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法制約了多基地雷達(dá)多目標(biāo)定位的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。為了解決 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法將多目標(biāo)定位問題看作三維成像問題，通 過將多個(gè)接收機(jī)回波信號(hào)的幅度信息投影到三維圖像空間，再從圖像空間中逐一提取各目 標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)的定位。圖像空間的三維分辨率分別由接收機(jī)陣列和線性調(diào)頻信號(hào)決 定，其中，接收機(jī)陣列可看作二維稀疏陣列，獲得二維分辨率;接收機(jī)對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行 脈沖壓縮，獲得距離向上的分辨率。
[0003] 多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法雖然解決了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，但也存在以下兩個(gè)不 足。第一個(gè)是，由于線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮后的輸出波形近似為Sine函數(shù)(詳見"皮亦鳴，楊 建宇，付毓生，楊曉波.合成孔徑雷達(dá)成像原理.第一版.電子科技大學(xué)出版社.2007.3"），存 在主瓣展寬和旁瓣串?dāng)_問題，導(dǎo)致距離向分辨率下降，從而嚴(yán)重影響三維圖像空間中的成 像質(zhì)量，降低該定位方法的正確性和準(zhǔn)確性。第二個(gè)不足是，該方法從圖像空間提取目標(biāo) 時(shí)，需已知探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)，而這一條件在實(shí)際應(yīng)用中通常難以實(shí)現(xiàn)。
[0004]壓縮傳感稀疏信號(hào)重構(gòu)是一種近幾年來提出的新興的信號(hào)處理理論，其主要思想 是采用非自適應(yīng)線性投影來保持信號(hào)的原始結(jié)構(gòu)，通過數(shù)值最優(yōu)化問題準(zhǔn)確重構(gòu)出原始信 號(hào)。Donoho指出只要信號(hào)存在稀疏性或可壓縮性，就可用遠(yuǎn)低于Nyquist采樣率的采樣信號(hào) 恢復(fù)出原始信號(hào)（詳見參考文獻(xiàn)"D.Donoho.Compressed sensing. IEEE Trans · Inf ·Theory，vo 1 · 52，no ·4，pp: 1289-1306，April 2006"）。在多基地雷達(dá)多目標(biāo)場景 中，由于三維空間中大量區(qū)域不包含散射點(diǎn)（目標(biāo)），回波信號(hào)在三維空間中具有稀疏性，因 此，可以利用壓縮傳感稀疏重建的方法，估計(jì)和重構(gòu)出空間單元上原始信號(hào)，抑制主瓣展寬 和旁瓣串?dāng)_問題，提高定位精度。正交匹配追蹤(0ΜΡ)算法是稀疏信號(hào)重構(gòu)理論中的經(jīng)典算 法，詳見參考文南犬"J.A.Tropp，A.C.Gilber.Signal Recovery from Random Measurements via Orthogonal Matching Pursuit. IEEE Transactions on Information Theory, vol·53，no· 12，pp:4655-4666，2007/' AMP算法基本思想是利用貪婪迭代追蹤方法，在每一 次迭代中選定回波信號(hào)測量矩陣中與重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)作為索引原子，并對(duì)所選 定原子矩陣進(jìn)行正交化以保證迭代結(jié)果最優(yōu)。0ΜΡ算法具有結(jié)構(gòu)簡單、計(jì)算復(fù)雜度低和運(yùn)算 時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，在圖像處理、醫(yī)學(xué)成像和無線通信等領(lǐng)域中得到了成功應(yīng)用。但是，0ΜΡ算法 的前提是需要已知原始稀疏信號(hào)中非零元素的個(gè)數(shù)(對(duì)應(yīng)多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位中， 即需要已知探測區(qū)域中目標(biāo)個(gè)數(shù)），如果原始稀疏信號(hào)中非零個(gè)數(shù)未知，該算法重構(gòu)性能會(huì) 嚴(yán)重下降。也就是說，要采用0ΜΡ算法抑制線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮后的主瓣展寬和旁瓣串?dāng)_ 問題，提高定位精度，前提條件也是假設(shè)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)已知。這一假設(shè)條件和多基地雷 達(dá)多目標(biāo)成像定位方法從圖像空間提取目標(biāo)時(shí)假設(shè)目標(biāo)個(gè)數(shù)已知的條件相同。然而，在多 基地雷達(dá)多目標(biāo)定位的實(shí)際情況中，探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)通常是未知的，因此，為了將多基地 雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法應(yīng)用于實(shí)際中的同時(shí)改善成像質(zhì)量，提高定位精度，就必須克服 OMP算法及多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法對(duì)已知原始稀疏信號(hào)中非零元素個(gè)數(shù)的約束 (即：對(duì)已知探測區(qū)域中目標(biāo)個(gè)數(shù)的約束）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了克服上述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法中探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù) 對(duì)正交匹配追蹤算法及圖像空間目標(biāo)提取過程的約束，而提出一種基于自適應(yīng)0ΜΡ的多基 地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，該方法利用多基地雷達(dá)多目標(biāo)場景中多個(gè)接收機(jī)的平均重構(gòu) 殘余誤差變化率和平均散射系數(shù)變化率代替探測區(qū)域中目標(biāo)個(gè)數(shù)作為自適應(yīng)0ΜΡ算法迭代 終止的判定條件，利用自適應(yīng)0ΜΡ算法迭代終止次數(shù)估計(jì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)，適用于實(shí)際情 況中對(duì)目標(biāo)個(gè)數(shù)未知的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位。
[0006] 上述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其具體步驟包括：（1)初始化系統(tǒng)參數(shù)， 建立二維回波數(shù)據(jù)矩陣；（2)脈沖壓縮處理；（3)構(gòu)造回波信號(hào)測量矩陣；（4)設(shè)定自適應(yīng)0ΜΡ 算法的初始參數(shù)；（5)尋找回波信號(hào)測量矩陣與重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)；（6)更新索引 集合；（7)重構(gòu)雙程距離單元集合上的目標(biāo)散射系數(shù)向量；（8)計(jì)算重構(gòu)殘余誤差；（9)計(jì)算 平均重構(gòu)殘余誤差和平均散射系數(shù)向量；（10)計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差變化率和平均散射系 數(shù)變化率;（11)自適應(yīng)迭代終止判定。
[0007] 所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中，所述步驟（1)中初始化參數(shù)均為已 知，初始化參數(shù)具體如下：由一個(gè)發(fā)射機(jī)和S個(gè)接收機(jī)組成系統(tǒng)，其中S多3，S個(gè)接收機(jī)分散 布置在地面，以發(fā)射機(jī)位置為原點(diǎn)，在目標(biāo)、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所在的地理空間建立X-Y-Z笛 卡爾直角坐標(biāo)系，發(fā)射機(jī)坐標(biāo)位置記為T= [0，0，0 ]τ，接收機(jī)的坐標(biāo)位置分別為rj = [Xj，yj， Zj]T，j = l，2,…，S，[]T表示矩陣轉(zhuǎn)置，系統(tǒng)在X方向、Y方向和Z方向的最遠(yuǎn)探測距離分別為 XXmax、YY_^PZZmax，最近探測距離分別為XXmin、YY min和ZZmin;&射機(jī)對(duì)探測區(qū)域?qū)挷ㄊ汗?發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，發(fā)射脈沖載頻為，帶寬B，脈沖寬度!^，距離分辨率P;發(fā)射機(jī)及各個(gè)接 收機(jī)在時(shí)間上保持同步，以發(fā)射機(jī)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)刻為系統(tǒng)時(shí)間零點(diǎn)；接收機(jī)寬波束 泛光接收回波信號(hào)，接收機(jī)采樣頻率為f s，采樣點(diǎn)數(shù)為Nrang，將S個(gè)接收機(jī)接收的回波信號(hào) 存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣echo = {echo (i，j)}中，其中，i = l，2，···，Nrang表示雙程距離單元，j =1，2，…，S表示接收機(jī)，假設(shè)目標(biāo)坐標(biāo)為Pt，則該目標(biāo)的回波信號(hào)將被存儲(chǔ)在雙程距離單 元1 =。6：[1(?)，」_ = 1，2，~，5中，其中，；1^=||1'-?*||2+||?1；-：1^||2為發(fā)射機(jī)到目標(biāo)再到第 j個(gè)接收機(jī)的雙程距離，ceil表示向上取整，I I I |2表示L2范數(shù)；
[0008] 所述步驟(2)脈沖壓縮處理的具體步驟為:取出所述步驟（1)的數(shù)據(jù)矩陣echo,利 用脈沖壓縮方法對(duì)echo的每一列數(shù)據(jù)echo」，j = 1，2，…，S進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到脈沖壓 縮處理后的列向量eeh% .，j = 1，2，…，S，將所有接收機(jī)脈沖壓縮處理后的列向量_ech〇/, j = 1，2，."，S存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣ECHO = {eCHO(/,./)}中，其中i = l，2，."，Nrang;j = l，2，···， S；
[0009] 所述步驟(3)構(gòu)造的回波信號(hào)測量矩陣為Θ = { Θ (m，c)}，其中m=l，2，-_，Nrang; c = l，2，."，Nrang，Θ (m，c)具體表達(dá)式為：
[0010]
[0011] 所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中：所述步驟(4)的具體步驟為:設(shè)定自 適應(yīng)0ΜΡ算法重構(gòu)迭代處理的最大迭代次數(shù)，記作K;設(shè)定平均重構(gòu)殘余誤差變化率門限，記 作％;設(shè)定平均散射系數(shù)變化率初始門限，記作;令Ω = {1，…，Nrang}表示雙程距離單元 集合;設(shè)定第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散射系數(shù)向量的初始 值，記為Xj，》_e CV_xl為Nrange行1列的復(fù)數(shù)向量，Xj的初始值選擇為Xj = 0;設(shè)定第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)的重構(gòu)殘余誤差初始迭代值記為為Nrange行1列的復(fù) 數(shù)向量，〃的值選擇為，其中為所述步驟(2)獲得的脈沖壓縮處理后的 第j列向量;設(shè)定第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)索引集合的初始迭代值，記為Sf;;，的值選擇為 =0，其中0表示空集;k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代，k的初始值設(shè)置為k = 1。
[0012] 所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中，所述步驟(5)的具體步驟為:采用公 式
j計(jì)算得到自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中測量矩陣與第j個(gè) 接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)，其中ai"g (；)表示提取括號(hào)內(nèi)向量中的最大值元素 對(duì)應(yīng)的行序號(hào)m值，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模，Θ為所述步驟(3)中得到的回 波信號(hào)測量矩陣，右上角T為轉(zhuǎn)置運(yùn)算符號(hào)，^^廣為算法第k-Ι次迭代過程中得到的重構(gòu)殘 余誤差，k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代次數(shù);若k= 1，的值為所述步驟(4)中得 到的初始迭代值否則〃 <廣通過自適應(yīng)0ΜΡ算法第k-Ι次迭代過程中所述步驟(8)的 重構(gòu)殘余誤差計(jì)算提供。
[0013] 所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中，所述步驟(6)的具體步驟為:采用公 式咩卜巧丨1) U/)計(jì)算得到自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中的第j個(gè)接收機(jī)索引集合，記為 ^丨，其中為自適應(yīng)0ΜΡ算法第k-Ι次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引集合，對(duì)為所 述步驟(5)計(jì)算得到的測量矩陣與第j個(gè)接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)，U表示并集運(yùn) 算符合，k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代次數(shù);若k = 1，Ξ $ U的值為所述步驟(4)中得到 的初始值Sg;k = 2時(shí)，Ξ^11的值為自適應(yīng)0ΜΡ算法第1次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索 弓丨集合Ξ& ;k = 3時(shí)，Ξ&11的值為自適應(yīng)0ΜΡ算法第2次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引 集合Ξ丨;;依次類推，在第k次迭代中且k> 1時(shí)，Ξ&"的值為自適應(yīng)0ΜΡ算法第k-Ι次迭代過程 中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引集合。
[0014] 所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中：所述步驟(7)的具體步驟為：重構(gòu)第 j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散射系數(shù)向量，具體為:采用公式
計(jì)算得到自適應(yīng)ΟΜΡ算法第k 次迭代過程中第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量，記為Xj，其中卩丨為 第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量中由索引集合對(duì)應(yīng)的元素組 成的向量，為所述步驟(6)中第k次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引集合，·丨為第j 個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量中索引集合對(duì)應(yīng)的元素組成的向 量，司丨;為索引集合在雙程距離單元集合Ω上的補(bǔ)集，（.f表示對(duì)括號(hào)中矩陣求偽逆矩 陣，右上角?為矩陣偽逆運(yùn)算符號(hào)"為測量矩陣Θ中由索引集合對(duì)應(yīng)的列組成的矩 陣為所述步驟(2)獲得的脈沖壓縮處理后的第j列向量；
[0015] 所述步驟(8)的具體步驟為:采用公式^.7· - 計(jì)算得到自適應(yīng)OMP算法 第k次迭代過程中第j個(gè)接收機(jī)的重構(gòu)殘余誤差，記為〃sg，其中echo/為步驟(2)獲得的脈 沖壓縮處理后的第j列向量。
[0016] 所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中，所述步驟(9)的具體步驟包括：
[0017] (9.1)采用公?!
:寸所述步驟(8)獲得的S個(gè)接收機(jī)的重構(gòu) 殘余誤差^，j = l，…，S求平均，計(jì)算得到平均重構(gòu)殘余誤差向量，記為mean_res(k);
[0018] (9.2)采用公式801'1：_1」=801'1：(3&8(1」））對(duì)所述步驟(7)獲得的第」個(gè)接收機(jī)在雙 程距離單元集合Ω上的重構(gòu)得到的散射系數(shù)向量中元素的模值按照升序從大到小排列，記 為S〇rt_Xj，其中sort( ·)表示將括號(hào)內(nèi)向量中的元素根據(jù)其值的大小按照升序從大到小 排列，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模；
[0019] (9.3)采用公式
f所述步驟(9.2)獲得的S個(gè)接收機(jī)排序后 Μ / 的散射系數(shù)向量sort_Xj，j = 1，…，S求平均，計(jì)算得到S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上 的排序后散射系數(shù)的平均散射系數(shù)向量，記為mean_x。
[0020] 所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中，所述步驟(10)的具體步驟為:采用公 式
-算得到第k次迭代過程中的平均重構(gòu)殘余誤差變 - .2 化率，記為nk，其中mean_res(k)為所述步驟(9.1)計(jì)算得到的第k次迭代過程中S個(gè)接收機(jī)的 平均重構(gòu)殘余誤差向量，I I · I U表示對(duì)向量求L2范數(shù)，| · |表示求絕對(duì)值，若k=l，mean_ 的值為
_中〃sg為步驟(4)中得到的初始迭代值;采用公 式 汁算得到第k次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率，記 為妒，其中mean_x (k)表示向量mean_x中的第k個(gè)元素，若k = 1，mean_x (k-Ι)的值為mean_x (0) =mean_x( 1) 〇
[0021 ]所述多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其中：所述步驟（11)的具體步驟為:如果nk 彡且k<K，貝ijk=k+i，返回所述步驟(5);否則自適應(yīng)omp算法終止迭代，輸出重構(gòu) 的散射系數(shù)和目標(biāo)個(gè)數(shù)，且此刻自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代得到的散射系數(shù)向量&，j = 1，…，S即為S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上最終重構(gòu)獲得的散射系數(shù)向量，第k次迭代 次數(shù)減去1即為自適應(yīng)0ΜΡ算法對(duì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，即L = k-1，其中L表示探測區(qū) 域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，n〇為所述步驟(4)中初始化得到的平均重構(gòu)殘余誤差變化率門限，妒 為所述步驟(10)計(jì)算得到的第k次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率，β 1-1為所述步驟(10) 計(jì)算得到的第k-Ι次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率，若k=l，i3H的值為儼'βο,βο為所 述步驟(4)中初始化得到的平均散射系數(shù)變化率初始門限;將重構(gòu)獲得的散射系數(shù)向量 Xj， j = l，…，S存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣ECH0={ECH0(i，j)}中，其中i = l，2，".，Nrang;j = l，2，···， So
[0022] 有益效果：
[0023]本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法構(gòu)思合理，針對(duì)多基地雷達(dá)多目標(biāo)場景在 三維空間上的稀疏特征，通過建立接收機(jī)回波信號(hào)與三維空間中目標(biāo)散射系數(shù)的線性測量 矩陣，利用平均重構(gòu)殘余誤差變化率和平均散射系數(shù)變化率作為正交匹配追蹤(0ΜΡ)算法 迭代處理的迭代終止條件，提出了基于自適應(yīng)0ΜΡ的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，克服 了傳統(tǒng)正交匹配追蹤算法在多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位中對(duì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的依賴，適 用于實(shí)際情況中未知目標(biāo)個(gè)數(shù)時(shí)的多目標(biāo)成像定位，同時(shí)提高了圖像空間中的成像質(zhì)量； 通過該方法的迭代終止次數(shù)能獲得估計(jì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)，該估計(jì)目標(biāo)個(gè)數(shù)值可用于成像 定位中從圖像空間中對(duì)目標(biāo)的提取，克服了多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法目標(biāo)提取過程 中對(duì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的依賴，更加適用于實(shí)際情況中對(duì)目標(biāo)個(gè)數(shù)未知的多基地雷達(dá)多目 標(biāo)成像定位。
[0024] 自適應(yīng)0ΜΡ算法利用多基地雷達(dá)多目標(biāo)場景中多個(gè)接收機(jī)的平均重構(gòu)殘余誤差變 化率和平均散射系數(shù)變化率代替探測區(qū)域中目標(biāo)個(gè)數(shù)作為0ΜΡ算法迭代終止的判定條件， 通過合理的設(shè)置平均重構(gòu)殘余誤差變化率值門限，以及比較相鄰兩次迭代過程獲得的平均 散射系數(shù)變化率值，自適應(yīng)0ΜΡ在探測區(qū)域中目標(biāo)個(gè)數(shù)未知時(shí)也能較精確地分離觀測場景 中的主散射目標(biāo)和弱散射背景，同時(shí)能較準(zhǔn)確地估計(jì)出目標(biāo)個(gè)數(shù)，因而可以應(yīng)用于目標(biāo)個(gè) 數(shù)未知時(shí)的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法中。
【附圖說明】
[0025] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026] 圖1為本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法的流程圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法的系統(tǒng)模型，其中，多個(gè)分散布置的 接收機(jī)可看作一個(gè)稀疏陣列；
[0028] 圖3本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法的投影成像示意圖；（其中，A、B和F均 為回波信號(hào)經(jīng)過脈沖壓縮和稀疏重建后的幅度值，A和B為兩個(gè)不同的目標(biāo)，F(xiàn)為虛假目標(biāo)，S 表示接收機(jī)個(gè)數(shù)，t表示時(shí)間軸，投影成像方法將同一目標(biāo)在不同接收機(jī)中的幅度信息在圖 像空間積累。）
[0029] 圖4為本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法的實(shí)施例1在監(jiān)視區(qū)域中存在2個(gè)目 標(biāo)情況下，第1個(gè)接收機(jī)脈沖壓縮后獲得的回波信號(hào)；
[0030] 圖5為本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法的實(shí)施例1在監(jiān)視區(qū)域中存在2個(gè)目 標(biāo)情況下，第1個(gè)接收機(jī)重構(gòu)的目標(biāo)散射系數(shù)；
[0031] 圖6為本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法的實(shí)施例1在監(jiān)視區(qū)域中存在5個(gè)目 標(biāo)情況下，第6個(gè)接收機(jī)脈沖壓縮后獲得的回波信號(hào)；
[0032] 圖7為本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法的實(shí)施例1在監(jiān)視區(qū)域中存在5個(gè)目 標(biāo)情況下，第6個(gè)接收機(jī)重構(gòu)的目標(biāo)散射系數(shù)；
【具體實(shí)施方式】
[0033] 如圖1至7所示，本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，是基于自適應(yīng)0ΜΡ的多基 地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其包括如下步驟：
[0034] S0010、初始化系統(tǒng)參數(shù)，建立二維回波數(shù)據(jù)矩陣
[0035] 初始化參數(shù)均為已知，初始化參數(shù)如下：系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)射機(jī)和S個(gè)接收機(jī)組成，其 中S^：3，S個(gè)接收機(jī)分散布置在地面，以發(fā)射機(jī)位置為原點(diǎn)，在目標(biāo)、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所在的 地理空間建立X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)系，發(fā)射機(jī)坐標(biāo)位置記為T = [ 0，0，0 ]τ，接收機(jī)的坐標(biāo) 位置分別為0=[^^，^]^_ = 1，2，~，5，[]7表示矩陣轉(zhuǎn)置，系統(tǒng)在父方向、￥方向和2方向 的最遠(yuǎn)探測距離分別為XXmax、YY_^PZZ max，最近探測距離分別為XXmin、YYmin和ZZmin;發(fā)射機(jī) 對(duì)探測區(qū)域?qū)挷ㄊ汗獍l(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，發(fā)射脈沖載頻為fo,帶寬B，脈沖寬度T P，距離分 辨率ρ;發(fā)射機(jī)及各個(gè)接收機(jī)在時(shí)間上保持同步，以發(fā)射機(jī)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)刻為系統(tǒng)時(shí) 間零點(diǎn);接收機(jī)寬波束泛光接收回波信號(hào)，接收機(jī)采樣頻率為f s，采樣點(diǎn)數(shù)為Nrang，將S個(gè) 接收機(jī)接收的回波信號(hào)存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣echo= {echo(i，j)}中，其中，i = 1，2,…， Nrang表示雙程距離單元，j = 1，2，…，S表示接收機(jī)，假設(shè)目標(biāo)坐標(biāo)為Pt，則該目標(biāo)的回波信 號(hào)將被存儲(chǔ)在雙程距離單元1 = 〇6：11(?)，」_ = 1，2，"，5中，其中，；1^=||1'-?1；||2+||?1；-1·」 2為發(fā)射機(jī)到目標(biāo)再到第j個(gè)接收機(jī)的雙程距離，ceil表示向上取整，| | | |2表示L2范數(shù)。
[0036] S0020、脈沖壓縮處理
[0037]即取出步驟S0010的數(shù)據(jù)矩陣echo,利用脈沖壓縮方法對(duì)echo的每一列數(shù)據(jù) ech〇j，j = 1，2，…，S進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到脈沖壓縮處理后的列向量.ech〇_/，j = 1，2，…，S， 將所有接收機(jī)脈沖壓縮處理后的列向量eck,,，j = l，2,…，S存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣 ECH() = -|ECHO(/，./)^A*i = l，2，."，Nrang;j = l，2，."，S。
[0038] S0030、構(gòu)造回波信號(hào)測量矩陣，即 Θ = {Θ(ηι，(3)}，其中 m=l，2，···，Nrang;c = 1， 2，-"，Nrang，Θ (m，c)具體表達(dá)式為：
[0039]
[0040] S0040、設(shè)定自適應(yīng)0ΜΡ算法（即正交匹配追蹤算法)的初始參數(shù)
[0041 ]設(shè)定自適應(yīng)0ΜΡ算法重構(gòu)迭代處理的最大迭代次數(shù)，記作K;設(shè)定平均重構(gòu)殘余誤 差變化率門限，記作no;設(shè)定平均散射系數(shù)變化率初始門限，記作;令Ω = {1，…，Nrang}表 示雙程距離單元集合;設(shè)定第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散射 系數(shù)向量的初始值，記為為Nrange行1列的復(fù)數(shù)向量，一般&的初始值選擇為 Xj = 0;設(shè)定第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)的重構(gòu)殘余誤差初始迭代值記為e 為Nrange行1列的復(fù)數(shù)向量，一般mg的值選擇為f〇echo;·，其中為步驟S0020獲得 的脈沖壓縮處理后的第j列向量;設(shè)定第j，j = l，…，S個(gè)接收機(jī)索引集合的初始迭代值，記 為部;，見°;的值選擇為'巧=0，其中0表示空集;k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代，k的 初始值設(shè)置為k=l。
[0042] S0050、尋找回波信號(hào)測量矩陣與重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)
[0043] 即采用公另
I：得到自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程 中測量矩陣與第j個(gè)接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)，其中表示提取括號(hào)內(nèi)向 量中的最大值元素對(duì)應(yīng)的行序號(hào)m值，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模，Θ為步驟 S0030中得到的回波信號(hào)測量矩陣，右上角T為轉(zhuǎn)置運(yùn)算符號(hào)，為算法第k-Ι次迭代過 程中得到的重構(gòu)殘余誤差，k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代次數(shù);若k= 1，的值為 步驟S0040中得到的初始迭代值〃#，否則通過自適應(yīng)0ΜΡ算法第k-1次迭代過程中 步驟S0080的重構(gòu)殘余誤差計(jì)算提供。
[0044] S0060、更新索引集合
[0045]即采用公式計(jì)算得到自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中的第j個(gè)接 收機(jī)索引集合，記為^;|，其中2?11為自適應(yīng)0ΜΡ算法第k-Ι次迭代過程中得到的第j個(gè)接收 機(jī)索引集合，/；為步驟S0050計(jì)算得到的測量矩陣與第j個(gè)接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相干 項(xiàng)，U表示并集運(yùn)算符合，k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代次數(shù);若k = 1，11的值為步 驟S0040中得到的初始值S| ;k = 2時(shí)，Ξ&11的值為自適應(yīng)0ΜΡ算法第1次迭代過程中得到的 第j個(gè)接收機(jī)索引集合424 = 3時(shí)，的值為自適應(yīng)0ΜΡ算法第2次迭代過程中得到的第j 個(gè)接收機(jī)索引集合Ξ&依次類推，在第k次迭代中且k>l時(shí)，Ξ^1)的值為自適應(yīng)0ΜΡ算法第 k-Ι次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引集合。
[0046] S0070、重構(gòu)雙程距離單元集合上的目標(biāo)散射系數(shù)向量
[0047]即重構(gòu)第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散射系數(shù)向量， 具體為:采用公式
丨丨計(jì)算得到自 適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量，記 為&，其中'丨;丨為第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量中由索引集合 〇寸應(yīng)的元素組成的向量,?1為步驟S0060中第k次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引 集合，為第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量中索引集合對(duì)應(yīng) 的元素組成的向量，為索引集合在雙程距離單元集合Ω上的補(bǔ)集，表示對(duì)括號(hào)中 矩陣求偽逆矩陣，右上角f為矩陣偽逆運(yùn)算符號(hào)，?sy為測量矩陣Θ中由索引集合對(duì)應(yīng) 的列組成的矩陣，^,為步驟S0020獲得的脈沖壓縮處理后的第j列向量。
[0048] S0080、計(jì)算重構(gòu)殘余誤差
[0049] 即采用公式〃$ -物^計(jì)算得到自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中第j個(gè)接 收機(jī)的重構(gòu)殘余誤差，記為，其中為步驟S0020獲得的脈沖壓縮處理后的第j列向 量。
[0050] S0090、計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差和平均散射系數(shù)向量
[0051] S0091、采用公?
開述步驟S0080獲得的S個(gè)接收機(jī)的重 構(gòu)殘余誤差，j = l,…，S求平均，計(jì)算得到平均重構(gòu)殘余誤差向量，記為mean_res(k); [0052] 30092、采用公式8〇1'1:_1」=8〇1'1:(3&8(1」））對(duì)步驟30070獲得的第」個(gè)接收機(jī)在雙程 距離單元集合Ω上的重構(gòu)得到的散射系數(shù)向量中元素的模值按照升序從大到小排列，記為 sort_xj，其中sort (·)表示將括號(hào)內(nèi)向量中的元素根據(jù)其值的大小按照升序從大到小排 列，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模；
[0053] S0093、采用公￥
?所述步驟S0092獲得的S個(gè)接收機(jī)排序 后的散射系數(shù)向量sort_Xj，j = 1，…，S求平均，計(jì)算得到S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω 上的排序后散射系數(shù)的平均散射系數(shù)向量，記為mean_x。
[0054] S0100、計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差變化率和平均散射系數(shù)變化率
[0055] 即采用公另
-計(jì)算得到第k次迭代過程中的平 一 2. 均重構(gòu)殘余誤差變化率，記為nk，其中mean_res(k)為步驟S0091計(jì)算得到的第k次迭代過程 中S個(gè)接收機(jī)的平均重構(gòu)殘余誤差向量，U · | |2表示對(duì)向量求L2范數(shù)，| · |表示求絕對(duì)值， 若k=l，mean_res(k-1〉的值為
，其中為步驟S0040中得到的初 始迭代值;采用公式 計(jì)算得到第k次迭代過程中的平均散 射系數(shù)變化率，記為妒，其中mean_x (k)表示向量mean_x中的第k個(gè)元素，若k = 1，mean_x (k-1)的值為mean_x(0) =mean_x(l) 〇
[0056] S0110、自適應(yīng)迭代終止判定
[0057] 如果nk彡1且k<K，貝ljk = k+l，返回步驟S0050;否則自適應(yīng)0ΜΡ算法終止 迭代，輸出重構(gòu)的散射系數(shù)和目標(biāo)個(gè)數(shù)，且此刻自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代得到的散射系數(shù) 向量&，j = 1，…，S即為S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上最終重構(gòu)獲得的散射系數(shù)向 量，第k次迭代次數(shù)減去1即為自適應(yīng)0ΜΡ算法對(duì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，即L = k-1，其 中L表示探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，％為步驟S0040中初始化得到的平均重構(gòu)殘余誤差變 化率門限，為步驟S0100計(jì)算得到的第k次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率，β 1-1為步驟 S0100計(jì)算得到的第k-Ι次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率，若k=l，i^的值為βΗ = β〇， β〇為步驟S0040中初始化得到的平均散射系數(shù)變化率初始門限；將重構(gòu)獲得的散射系數(shù)向 量xj，j = 1，…，S存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣ECH0= {ECH0( i，j)}中，其中 i = l，2，···，Nrang; j = 1， 2，.-.，S〇
[0058] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述：
[0059] 實(shí)施例1
[0000 ] S1010、初始化系統(tǒng)參數(shù)，建立二維回波數(shù)據(jù)矩陣
[0061 ]準(zhǔn)備發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，初始化系統(tǒng)參數(shù):系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)射機(jī)和S個(gè)接收機(jī)組成，其 中S = 20;接收機(jī)分散布置在地面，以發(fā)射機(jī)位置為原點(diǎn)，在目標(biāo)、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所在的地 理空間建立X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)系，發(fā)射機(jī)坐標(biāo)位置記為Τ=[0,0,0] τ，接收機(jī)的坐標(biāo)位 置分別記為1'」=|^」，7」，2」]1'，」=1，2，~，20，其中，接收機(jī)1、2、3分別位于1'1=[-25,0,0] Tkm，Γ2 = [ 25，0，0 ] Tkm和Γ3 = [ 0，43，0 ] Tkm處，接收機(jī)4~20隨機(jī)散布于由接收機(jī)1、2、和3決定 的三角形區(qū)域內(nèi)；系統(tǒng)在X方向、Y方向和Z方向的最遠(yuǎn)探測距離分別為XX max = 50.5km、YYmax =50 · 5km和ZZmax= 10 · 5km，最近探測距離分別為XXmin = 49 · 5km、YYmin = 49 · 5km和ZZmin = 9.5km;發(fā)射機(jī)對(duì)探測區(qū)域?qū)挷ㄊ汗獍l(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，發(fā)射脈沖載頻為fQ= 1GHz，帶寬B =15MHz，脈沖寬度!^ = lys，距離分辨率P = 10m;發(fā)射機(jī)及各個(gè)接收機(jī)在時(shí)間上保持同步， 以發(fā)射機(jī)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)刻為系統(tǒng)時(shí)間零點(diǎn)；接收機(jī)寬波束泛光接收回波信號(hào)，接收 機(jī)采樣頻率為f s = 30MHz，采樣點(diǎn)數(shù)為Nrang=10000,將S = 20個(gè)接收機(jī)接收的回波信號(hào)存 儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣echo = {echo(i，j)}中，其中，i = l，2,…，10000表示雙程距離單元，j = 1，2，…，20表示接收機(jī)，假設(shè)目標(biāo)坐標(biāo)為Pt，則該目標(biāo)的回波信號(hào)將被存儲(chǔ)在雙程距離單元 1 =。6：[1(；1^/10)，」_ = 1，2，"_，20中，其中，；1^=||1'-?1；||2+||?1；-：1^||2為發(fā)射機(jī)到目標(biāo)再到第 j個(gè)接收機(jī)的雙程距離，ceil表示向上取整，I I I |2表示L2范數(shù)。
[0062] S1020、回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮處理
[0063]對(duì)每個(gè)接收機(jī)的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮處理:取出步驟S1010數(shù)據(jù)矩陣echo,利用 脈沖壓縮方法對(duì)echo的每一列數(shù)據(jù)echo」，j = 1，2，…，20進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到脈沖壓縮 處理后的列向量echOj，j = 1，2，…，20，將所有接收機(jī)脈沖壓縮處理后的列向量echo./ :，j = 1， 2，···，20存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣 ECHO = {ECHO(/../)}中，其中i = l，2,…，10000;j = l，2,…， 20〇
[0064] S1030、構(gòu)造回波信號(hào)測量矩陣
[0065] 回波信號(hào)測量矩陣0={0(111，(；）}，其中111=1，2，~，1〇〇〇〇;。= 1，2，."，1〇〇〇〇，0 〇11，(3)具體表達(dá)式為：
[0066]
[0067] S1040、設(shè)定自適應(yīng)正交匹配追蹤(簡稱0ΜΡ)算法的初始參數(shù)
[0068]初始化自適應(yīng)0ΜΡ算法的參數(shù)包括：自適應(yīng)0ΜΡ算法重構(gòu)迭代處理的最大迭代次 數(shù)，記作κ = 10;平均重構(gòu)殘余誤差變化率門限，記作％ = 〇. 03;平均散射系數(shù)變化率初始門 限，記作= 5;令Ω={1，···，10000}表示雙程距離單元集合;第j，j = 1，…，20個(gè)接收機(jī)在 雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散射系數(shù)向量的初始值，記為，*；； e Ciw(wxl為10000行1列的 復(fù)數(shù)向量，一般xj的初始值選擇為xj = 〇;第j，j = 1，…，20個(gè)接收機(jī)的重構(gòu)殘余誤差初始迭 代值記為e 為 1 0 0 0 0行1列的復(fù)數(shù)向量，一般的值選擇為 ，:其中ecii&為步驟S1020獲得的脈沖壓縮處理后的第j列向量;第j，j = 1，…，20 個(gè)接收機(jī)索引集合的初始迭代值，記為Ξ丨;;，Ξ;:;的值選擇為Ξ;;;=0，其中0表示空集;k表示 自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代，k的初始值設(shè)置為k= 1。
[0069] S1050、尋找回波信號(hào)測量矩陣與重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)
[0070] 采用公式
|計(jì)算得到自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中 測量矩陣與第j個(gè)接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)，其中at_gmaX(_)表示提取括號(hào)內(nèi)向量 t'n 中的最大值元素對(duì)應(yīng)的行序號(hào)m值，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模，Θ為步驟 S1030中得到的回波信號(hào)測量矩陣，右上角T為轉(zhuǎn)置運(yùn)算符號(hào)，為算法第k-Ι次迭代過 程中得到的重構(gòu)殘余誤差，k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代次數(shù);若k= 1，的值為 步驟S1040中得到的初始迭代值〃s((j，否則通過自適應(yīng)0ΜΡ算法第k-1次迭代過程中 步驟S1080的重構(gòu)殘余誤差計(jì)算提供。
[0071] S1060、更新索引集合
[0072] 采用公式與;卜<)"|」/;計(jì)算得到自適應(yīng)〇1?算法第1^欠迭代過程中的第」個(gè)接收 機(jī)索引集合，記為其中為自適應(yīng)0ΜΡ算法第k-Ι次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī) 索引集合，#為步驟S1050計(jì)算得到的測量矩陣與第j個(gè)接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相干 項(xiàng)，U表示并集運(yùn)算符合，k表示自適應(yīng)0ΜΡ算法中的第k次迭代次數(shù);若k= 1，的值為步 驟S1040中得到的初始值：^;k = 2時(shí)，的值為自適應(yīng)0ΜΡ算法第1次迭代過程中得到的 第j個(gè)接收機(jī)索引集合Sg;k = 3時(shí)，Ξ&11的值為自適應(yīng)OMP算法第2次迭代過程中得到的第j 個(gè)接收機(jī)索引集合Ξ;;;;依次類推，在第k次迭代中且k>l時(shí)，Ξ;;-丨11的值為自適應(yīng)0MP算法第 k-Ι次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引集合。
[0073] S1070、重構(gòu)第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散射系數(shù)向 量，具體為：
[0074]采用公式
：十算得到自 適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量，記 為^，其中為第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量中由索引集合 對(duì)應(yīng)的元素組成的向量，為步驟S1060中第k次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引 集合，％丨|為第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量中索引集合對(duì)應(yīng) 的元素組成的向量，為索引集合在雙程距離單元集合Ω上的補(bǔ)集，表示對(duì)括號(hào)中 矩陣求偽逆矩陣，右上角?為矩陣偽逆運(yùn)算符號(hào)，為測量矩陣Θ中由索引集合Ξ|對(duì)應(yīng) 的列組成的矩陣，eciio,·為步驟S1020獲得的脈沖壓縮處理后的第j列向量。
[0075] S1080、計(jì)算重構(gòu)殘余誤差
[0076] 采用公式〃計(jì)算得到自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中第j個(gè)接收 機(jī)的重構(gòu)殘余誤差，記為〃<|，其中^,為步驟S1020獲得的脈沖壓縮處理后的第j列向 量。
[0077] S1090、計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差和平均散射系數(shù)向量，具體包括：
[0078] S1091、采用公￥
#斤述步驟S1080獲得的S個(gè)接收機(jī)的重 構(gòu)殘余誤差^4^.，j = l，…，S求平均，計(jì)算得到平均重構(gòu)殘余誤差向量，記為mean_res(k); [0079] 31092、采用公式8〇1'1:_1」=8〇1'1:(3&8(1」））對(duì)步驟31070獲得的第」個(gè)接收機(jī)在雙程 距離單元集合Ω上的重構(gòu)得到的散射系數(shù)向量中元素的模值按照升序從大到小排列，記為 sort_xj，其中sort (·)表示將括號(hào)內(nèi)向量中的元素根據(jù)其值的大小按照升序從大到小排 列，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模；
[0080] S1093、采用公另
對(duì)所述步驟S1092獲得的S個(gè)接收機(jī)排序 后的散射系數(shù)向量sort_Xj，j = 1，…，S求平均，計(jì)算得到S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω 上的排序后散射系數(shù)的平均散射系數(shù)向量，記為mean_x。
[0081 ] S1100、計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差變化率和平均散射系數(shù)變化率
[0082] 即采用公；E
卜算得到第k次迭代過程中的平 均重構(gòu)殘余誤差變化率，記為nk，其中mean_resw為步驟S1091計(jì)算得到的第k次迭代過程 中S個(gè)接收機(jī)的平均重構(gòu)殘余誤差向量，U · | |2表示對(duì)向量求L2范數(shù)，| · |表示求絕對(duì)值， 若k=l mearurestn的值〉
車中嘆^為步驟S1040中得到的初 始迭代值;采用公?
卜算得到第k次迭代過程中的平均散 射系數(shù)變化率，記為妒，其中mean_x (k)表示向量mean_x中的第k個(gè)元素，若k = 1，mean_x (k-1)的值為mean_x(0) =mean_x(l) 〇
[0083] S1110、自適應(yīng)迭代終止判定
[0084] 如果nk彡1且k<K，貝ljk = k+l，返回步驟S1050;否則自適應(yīng)0ΜΡ算法終止 迭代，輸出重構(gòu)的散射系數(shù)和目標(biāo)個(gè)數(shù)，且此刻自適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代得到的散射系數(shù) 向量&，j = 1，…，S即為S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上最終重構(gòu)獲得的散射系數(shù)向 量，第k次迭代次數(shù)減去1即為自適應(yīng)0ΜΡ算法對(duì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，即L = k-1，其 中L表示自適應(yīng)0ΜΡ算法對(duì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，％為步驟S1040中初始化得到的平 均重構(gòu)殘余誤差變化率門限，櫨為步驟S1110計(jì)算得到的第k次迭代過程中的平均散射系數(shù) 變化率，β 1-1為步驟S1110計(jì)算得到的第k-Ι次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率，若k= 1， 儼1的值為儼1 = β〇，β〇為步驟S1040中初始化得到的平均散射系數(shù)變化率初始門限;將重構(gòu) 獲得的散射系數(shù)向量xj，j = 1，…，S存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣ECH0= {ECH0( i，j)}中，其中i = 1， 2，…，Nrang; j = 1，2，…，S 〇
[0085] 表1為本發(fā)明多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法估計(jì)的探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)和真實(shí)目 標(biāo)個(gè)數(shù)對(duì)照表；（其中，估計(jì)的探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)是對(duì)50次蒙特卡洛仿真獲得的估計(jì)目標(biāo)個(gè) 數(shù)值求平均獲得。）
[0086]
[0087]本發(fā)明實(shí)施例1主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在 MATLABR2012a上驗(yàn)證正確。
[0088] 本發(fā)明利用多基地雷達(dá)多目標(biāo)場景中多個(gè)接收機(jī)的平均重構(gòu)殘余誤差變化率和 平均散射系數(shù)變化率代替探測區(qū)域中目標(biāo)個(gè)數(shù)作為自適應(yīng)0ΜΡ算法迭代終止的判定條件， 利用自適應(yīng)0ΜΡ算法迭代終止次數(shù)估計(jì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)，適用于實(shí)際情況中對(duì)目標(biāo)個(gè)數(shù) 未知的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位。
[0089] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于，具體步驟包括： (1) 初始化系統(tǒng)參數(shù)，建立二維回波數(shù)據(jù)矩陣； (2) 脈沖壓縮處理； (3) 構(gòu)造回波信號(hào)測量矩陣； (4) 設(shè)定自適應(yīng)OMP算法的初始參數(shù)； (5) 尋找回波信號(hào)測量矩陣與重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)； (6) 更新索引集合； (7) 重構(gòu)雙程距離單元集合上的目標(biāo)散射系數(shù)向量； (8) 計(jì)算重構(gòu)殘余誤差； (9) 計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差和平均散射系數(shù)向量； (10) 計(jì)算平均重構(gòu)殘余誤差變化率和平均散射系數(shù)變化率； (11) 自適應(yīng)迭代終止判定。2. 如權(quán)利要求1所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于，所述步驟（1)中 初始化參數(shù)均為已知，初始化參數(shù)具體如下：由一個(gè)發(fā)射機(jī)和S個(gè)接收機(jī)組成系統(tǒng)，其中 3,S個(gè)接收機(jī)分散布置在地面，W發(fā)射機(jī)位置為原點(diǎn)，在目標(biāo)、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所在的地理 空間建立X-Y-Z笛卡爾直角坐標(biāo)系，發(fā)射機(jī)坐標(biāo)位置記為Τ=[0,0,0]τ，接收機(jī)的坐標(biāo)位置 分別為rj = [xj，yj，zj]τ，j = l，2，…，S，[]τ表示矩陣轉(zhuǎn)置，系統(tǒng)在X方向、Y方向和Z方向的最 遠(yuǎn)探測距離分別為XXmax、YYmax和ZZmax，最近探測距離分別為XXmin、YYmin和ZZmin;發(fā)射機(jī)對(duì)探 測區(qū)域?qū)挷ㄊ汗獍l(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，發(fā)射脈沖載頻為fo,帶寬B，脈沖寬度Τρ，距離分辨率 Ρ;發(fā)射機(jī)及各個(gè)接收機(jī)在時(shí)間上保持同步，W發(fā)射機(jī)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)刻為系統(tǒng)時(shí)間零 點(diǎn)；接收機(jī)寬波束泛光接收回波信號(hào)，接收機(jī)采樣頻率為fs，采樣點(diǎn)數(shù)為Nrang，將S個(gè)接收 機(jī)接收的回波信號(hào)存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣echo = {echoQ , j)}中，其中，i = l ,2,…，化ang表 示雙程距離單元，j = 1，2，…，S表示接收機(jī)，假設(shè)目標(biāo)坐標(biāo)為Pt，則該目標(biāo)的回波信號(hào)將被 存儲(chǔ)在雙程距離單元i = ceil (r j/p)，j = 1，2，…，S中，其中，η = II T-Pt II2+II P廣η I 12為發(fā) 射機(jī)到目標(biāo)再到第j個(gè)接收機(jī)的雙程距離，ceil表示向上取整，I I I h表示L2范數(shù)； 所述步驟(2)脈沖壓縮處理的具體步驟為:取出所述步驟（1)的數(shù)據(jù)矩陣echo,利用脈 沖壓縮方法對(duì)echo的每一列數(shù)據(jù)echoj，j = 1，2，…，S進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到脈沖壓縮處 理后的列向量ediOjj = 1，2，···，S，將所有接收機(jī)脈沖壓縮處理后的列向量echoy .，j = 1， 2，...，5存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣玩簾3 = {瓦麗(/。4中，其中1 = 1，2，...，化曰雌^ = 1，2，...，5; 所述步驟(3)構(gòu)造的回波信號(hào)測量矩陣為Θ = { Θ (m，c)}，其中m=l，2,…，Nrang;c = 1，2，...，化日雌，0(111，(3)具體表達(dá)式為：3. 如權(quán)利要求2所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于:所述步驟(4)的 具體步驟為:設(shè)定自適應(yīng)0MP算法重構(gòu)迭代處理的最大迭代次數(shù)，記作K;設(shè)定平均重構(gòu)殘余 誤差變化率口限，記作η〇;設(shè)定平均散射系數(shù)變化率初始口限，記作階;令Ω = {1，…，化ang} 表示雙程距離單元集合;設(shè)定第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散 射系數(shù)向量的初始值，記為為化ange行1列的復(fù)數(shù)向量，xj的初始值選擇為xj =0;設(shè)定第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)的重構(gòu)殘余誤差初始迭代值記為r份,(;,V份說erwnmgxi為 化ange行1列的復(fù)數(shù)向量，的值選擇為1*巧<^0|=品品,:，其中ec品/為所述步驟(2)獲得的脈 沖壓縮處理后的第j列向量；設(shè)定第j，j = l，…，S個(gè)接收機(jī)索引集合的初始迭代值，記為 邱！，邱；的值選擇為己為=0，其中0表示空集;k表示自適應(yīng)OMP算法中的第k次迭代，k的初 始值設(shè)置為k=l。4. 如權(quán)利要求3所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于，所述步驟(5)的 具體步驟為:采用公式計(jì)算得到自適應(yīng)OMP算法第k次迭代過 程中測量矩陣與第j個(gè)接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相干項(xiàng)，其中表示提取括號(hào)內(nèi) 向量中的最大值元素對(duì)應(yīng)的行序號(hào)m值，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模，Θ為所 述步驟(3)中得到的回波信號(hào)測量矩陣，右上角T為轉(zhuǎn)置運(yùn)算符號(hào)，算法第k-1次迭 代過程中得到的重構(gòu)殘余誤差，k表示自適應(yīng)0MP算法中的第k次迭代次數(shù);若k = 1， 的值為所述步驟(4)中得到的初始迭代值re哉j，否則喃過自適應(yīng)OMP算法第k-1次迭 代過程中所述步驟(8)的重構(gòu)殘余誤差計(jì)算提供。5. 如權(quán)利要求4所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于，所述步驟(6)的 具體步驟為:采用公式己瓦"U/;計(jì)算得到自適應(yīng)0MP算法第k次迭代過程中的第j個(gè)接 收機(jī)索引集合，記為瑞-|，其中為自適應(yīng)0MP算法第k-1次迭代過程中得到的第j個(gè)接收 機(jī)索引集合，/?為所述步驟(5)計(jì)算得到的測量矩陣與第j個(gè)接收機(jī)重構(gòu)殘余誤差的最大相 干項(xiàng)，U表示并集運(yùn)算符合，k表示自適應(yīng)0MP算法中的第k次迭代次數(shù);若k= 1，SjS戶的值為 所述步驟(4)中得到的初始值S;^;;k = 2時(shí)，Ξ打)的值為自適應(yīng)0MP算法第1次迭代過程中得 到的第j個(gè)接收機(jī)索引集合Ξ打;k = 3時(shí)，Ξ祈U的值為自適應(yīng)0MP算法第2次迭代過程中得到 的第j個(gè)接收機(jī)索引集合百拐;依次類推，在第k次迭代中且k> 1時(shí)，旦汾，的值為自適應(yīng)0MP算 法第k-1次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索引集合。6. 如權(quán)利要求5所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于:所述步驟(7)的 具體步驟為:重構(gòu)第j，j = 1，…，S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的目標(biāo)散射系數(shù)向量， 具體為:采用公??開算得到自 適應(yīng)0ΜΡ算法第k次迭代過程中第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量，記 為xj，其中X啤,1為第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量xj中由索引集合 畔;財(cái)應(yīng)的元素組成的向量，Ξ;;;為所述步驟(6)中第k次迭代過程中得到的第j個(gè)接收機(jī)索 弓煤合，為第j個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的散射系數(shù)向量X沖索引集合畐;對(duì) 應(yīng)的元素組成的向量，宜貨為索引集合邱洽雙程距離單元集合Ω上的補(bǔ)集，(丫表示對(duì)括號(hào) 中矩陣求偽逆矩陣，右上角?為矩陣偽逆運(yùn)算符號(hào)戸瑕1為測量矩陣Θ中由索引集合邱;對(duì) 應(yīng)的列組成的矩陣，品品，為所述步驟(2)獲得的脈沖壓縮處理后的第j列向量； 所述步驟(8)的具體步驟為:采用公式^心',';;=6〇^1^;-(^,.計(jì)算得到自適應(yīng)01?算法第1^ 次迭代過程中第j個(gè)接收機(jī)的重構(gòu)殘余誤差，記為其中品而,·為步驟(2)獲得的脈沖壓 縮處理后的第j列向量。7. 如權(quán)利要求6所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于，所述步驟(9)的 具體步驟包括： (9.1) 采用公式對(duì)所述步驟(8)獲得的S個(gè)接收機(jī)的重構(gòu)殘余 誤差，j = 1，…，S求平均，計(jì)算得到平均重構(gòu)殘余誤差向量，記為mean_res W . (9.2) 采用公式soパ_Xj = soパ(abs(Xj))對(duì)所述步驟(7)獲得的第j個(gè)接收機(jī)在雙程距 離單元集合Ω上的重構(gòu)得到的散射系數(shù)向量中元素的模值按照升序從大到小排列，記為 S〇d_Xj，其中sod( ·)表示將括號(hào)內(nèi)向量中的元素根據(jù)其值的大小按照升序從大到小排 列，abs( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)向量中的元素求模； (9.3) 采用公；1^對(duì)所述步驟(9.2)獲得的S個(gè)接收機(jī)排序后的散 射系數(shù)向量sod_Xj，j = 1，…，S求平均，計(jì)算得到S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上的排 序后散射系數(shù)的平均散射系數(shù)向量，記為mean_x。8. 如權(quán)利要求7所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于，所述步驟(10)的 具體步驟為： 采用公式1^算得到第4次迭代過程中的平均重構(gòu) 殘余誤差變化率，記為扣其中mean_resW為所述步驟(9.1)計(jì)算得到的第k次迭代過程中S 個(gè)接收機(jī)的平均重構(gòu)殘余誤差向量，I I · I U表示對(duì)向量求L2范數(shù)，I · I表示求絕對(duì)值，若k = l，mean_res(W的值夫其中reSfl;;為步驟(4)中得到的初始迭代 值;采用公式計(jì)算得到第k次迭代過程中的平均散射系數(shù) 變化率，記為護(hù)，其中mean_x化)表示向量mean_x中的第k個(gè)元素，若k = 1，mean_x化-1)的值 為mean_x(0)=mean_x(l)D9.如權(quán)利要求8所述的多基地雷達(dá)多目標(biāo)成像定位方法，其特征在于:所述步驟(11)的 具體步驟為:如果，護(hù)且k<K，則k=k+i，返回所述步驟(5);否則自適應(yīng)OMP算法 終止迭代，輸出重構(gòu)的散射系數(shù)和目標(biāo)個(gè)數(shù)，且此刻自適應(yīng)0MP算法第k次迭代得到的散射 系數(shù)向量xj，j = 1，…，S即為S個(gè)接收機(jī)在雙程距離單元集合Ω上最終重構(gòu)獲得的散射系數(shù) 向量，第k次迭代次數(shù)減去1即為自適應(yīng)0MP算法對(duì)探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，目化= k-l， 其中L表示探測區(qū)域目標(biāo)個(gè)數(shù)的估計(jì)值，no為所述步驟(4)中初始化得到的平均重構(gòu)殘余誤 差變化率口限，0k為所述步驟（10)計(jì)算得到的第k次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率， βΚ為所述步驟(10)計(jì)算得到的第k-1次迭代過程中的平均散射系數(shù)變化率，若k=l，i]W的 值為護(hù)-1=階，抗為所述步驟(4)中初始化得到的平均散射系數(shù)變化率初始口限;將重構(gòu)獲得 的散射系數(shù)向量xj，j = 1，…，S存儲(chǔ)在二維數(shù)據(jù)矩陣ECH0=巧畑0( i，j)}中，其中i = 1， 2，...，Nrang; j = l，2，...，S。
【文檔編號(hào)】G01S13/89GK105974386SQ201610291839
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】樊玲
【申請(qǐng)人】樂山師范學(xué)院