一種基于低秩特征的調(diào)頻序列矩陣降噪與目標(biāo)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于低秩特征的調(diào)頻序列矩陣降噪與 目標(biāo)檢測(cè)方法，特別適用于調(diào)頻序列信號(hào)二維矩陣的降噪與多目標(biāo)檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)回波信號(hào)通常是伴有各種噪聲、雜波和干擾，傳統(tǒng)的降噪方法是通過(guò)濾波等 方式濾除噪聲、雜波和干擾，但是該方法對(duì)信噪比的改善效果并不明顯。雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)是 在噪聲、雜波和干擾背景下進(jìn)行的，現(xiàn)代雷達(dá)采用恒定虛警概率的恒虛警檢測(cè)技術(shù)，但是平 均單元恒虛警檢測(cè)在多目標(biāo)情況下有諸多不足之處，而有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)在多目標(biāo)情況 下性能穩(wěn)健，但需要高速計(jì)算能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明根據(jù)矩陣填充理論和二維平均單元-有序統(tǒng)計(jì)恒虛 警檢測(cè)，提出了一種基于低秩特征的調(diào)頻序列矩陣降噪與目標(biāo)檢測(cè)方法。
[0004] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于低秩特征的調(diào)頻序列矩陣 降噪與目標(biāo)檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0005] 步驟1 :雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻序列信號(hào)，信號(hào)的載波頻率為&，帶寬為B，調(diào)頻周期為 Τεωη)，連續(xù)獲取L個(gè)周期的接收信號(hào)，進(jìn)行下混頻至基帶，得到L個(gè)周期的差拍信號(hào)；
[0006] 步驟2 :將所述L個(gè)周期的差拍信號(hào)進(jìn)行離散采樣，得到L行N列的矩陣S，其中， 第1行為第1個(gè)周期的差拍信號(hào)的離散采樣數(shù)據(jù)，〇 < I < L-1，每行數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為N ;
[0007] 步驟3 :根據(jù)矩陣S的低秩特征，通過(guò)兩組隨機(jī)取樣，分別進(jìn)行核范數(shù)優(yōu)化求解，得 到矩陣SJP S 2，再通過(guò)矩陣SJP S 2組建矩陣S'，矩陣S'即為矩陣S降噪結(jié)果；
[0008] 步驟4 :對(duì)矩陣S'的每一行作Nfft點(diǎn)FFT，即提取快時(shí)間域差拍信號(hào)頻率譜，得到 L行Nfft列的矩陣S κ;
[0009] 步驟5 :對(duì)矩陣Sk的每一列作L FFT點(diǎn)FFT，即提取慢時(shí)間域多普勒頻率譜，得到L FFT行Nfft列的矩陣S KD;
[0010] 步驟6 :對(duì)矩陣Skd進(jìn)行二維平均單元-有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)，提取目標(biāo)的距離和 速度。
[0011] 所述步驟1中差拍信號(hào)為
[0012] s (t, I) = exp (j2 π (fB · t-fD · I · Tchirp+ Φ))
[0013] 其中，0彡I彡L-l，Φ為信號(hào)相位，fD為目標(biāo)的多普勒頻率，j為Α，t為時(shí)間， Τεωη)為調(diào)頻周期，fB為下混頻差拍信號(hào)的差頻：
[0014]
[0015] 其中，R為目標(biāo)的距離，c為電磁波傳播速度，B為帶寬。
[0016] 所述步驟3按如下步驟進(jìn)行：
[0017] 3a.隨機(jī)產(chǎn)生L行N列的矩陣D1，矩陣D1中元素的值為1或0, L行N列全為1 的矩陣E減去矩陣D1，得到矩陣；
[0018] 3b.矩陣S分別與矩陣Ω i和矩陣Ω 2相乘進(jìn)行取樣，得到矩陣M JP M 2，
[0019] M1=SQ1
[0020] M2= SQ 2
[0021] 3c.通過(guò)求解下式，基于低秩特征進(jìn)行矩陣填充，得到填充結(jié)果XJPX2:
[0022] min| IX1I I*
[0023] s. t. X1 Ω J = M !
[0024] min| |X2| I*
[0025] s. t. X2 Ω 2 = M 2
[0026] 其中，s.t.表示約束條件，I |X| L為X的核范數(shù)， ，且 σ p . . .，σ 〇為矩陣X的奇異值，矩陣X i和矩陣X 2為填充結(jié)果；
[0027] 3d.矩陣X1和矩陣X 2中一部分元素根據(jù)約束條件確定，另一部分元素通過(guò)優(yōu)化求 解確定，提取出求解元素：
[0028] S1= X^2
[0029] S2 = X2^1
[0030] 3e.通過(guò)矩陣SJP S 2組建矩陣S'，矩陣S'即為矩陣S降噪結(jié)果：
[0031] S' = S^S2
[0032] 所述步驟6中對(duì)矩陣Skd進(jìn)行二維平均單元-有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)，在每一列，即 多普勒域，應(yīng)用平均單元恒虛警檢測(cè)，在每一行，即距離域，應(yīng)用有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)。
[0033] 本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：
[0034] 1.本發(fā)明根據(jù)信號(hào)的低秩特征，可以應(yīng)用矩陣填充理論對(duì)矩陣進(jìn)行核范數(shù)優(yōu)化求 解，實(shí)現(xiàn)二維矩陣的降噪，有效改善信噪比；
[0035] 2.本發(fā)明提出二維平均單元-有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)技術(shù)，在距離域應(yīng)用有序統(tǒng)計(jì) 恒虛警檢測(cè)，解決距離域的多目標(biāo)檢測(cè)；
[0036] 3.本發(fā)明提出二維平均單元-有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)技術(shù)，在多普勒域應(yīng)用平均單 元恒虛警檢測(cè)，改進(jìn)多普勒域的噪聲估計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理流程示意圖；
[0039] 圖3(a)示出了多周期的差拍信號(hào)；
[0040] 圖3(b)示出了本發(fā)明降噪后的多周期的差拍信號(hào)；
[0041]圖4(a)示出了多周期的差拍信號(hào)快時(shí)間域頻率譜；
[0042] 圖4(b)示出了本發(fā)明降噪后的多周期的差拍信號(hào)快時(shí)間域頻率譜；
[0043] 圖5(a)示出了多周期的差拍信號(hào)二維FFT處理后結(jié)果；
[0044] 圖5(b)示出了本發(fā)明降噪后的多周期的差拍信號(hào)二維FFT處理后結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0046] 多周期的調(diào)頻序列回波信號(hào)通過(guò)進(jìn)行下混頻至基帶，得到多周期的差拍信號(hào)為構(gòu) 成二維矩陣。本發(fā)明根據(jù)信號(hào)的低秩特征，可以應(yīng)用矩陣填充理論對(duì)矩陣進(jìn)行核范數(shù)優(yōu)化 求解，實(shí)現(xiàn)二維矩陣的降噪，有效改善信噪比。再通過(guò)二維FFT處理，得到距離-多普勒矩 陣，在多普勒域應(yīng)用平均單元恒虛警檢測(cè)，在距離域應(yīng)用有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)，改進(jìn)多普勒 域的噪聲估計(jì)，有效解決多目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題。在該方法中，多周期的調(diào)頻序列回波信號(hào)通過(guò)進(jìn) 行下混頻至基帶，得到多周期的差拍信號(hào)為構(gòu)成二維矩陣。根據(jù)信號(hào)的低秩特征，可以應(yīng)用 矩陣填充理論對(duì)矩陣進(jìn)行核范數(shù)優(yōu)化求解，實(shí)現(xiàn)二維矩陣的降噪。再通過(guò)二維FFT處理，得 到距離-多普勒矩陣，在多普勒域應(yīng)用平均單元恒虛警檢測(cè)，改進(jìn)多普勒域的噪聲估計(jì)，在 距離域應(yīng)用有序統(tǒng)計(jì)恒虛警檢測(cè)，解決距離域的多目標(biāo)檢測(cè)。
[0047] 如圖1所示，為本發(fā)明流程示意圖。
[0048] 步驟1 :雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻序列信號(hào)，信號(hào)的載波頻率為&，帶寬為B，調(diào)頻周期為 Τεωη)，連續(xù)獲取L個(gè)周期的接收信號(hào)，進(jìn)行下混頻至基帶，得到L個(gè)周期的差拍信號(hào)為，
[0049] 差拍信號(hào)為
[0050] s (t, I) = exp (j2 π (fB · t-fD · I · Tchirp+ Φ))
[0051] 其中，0 < K L-l，Φ為信號(hào)相位，fD為目標(biāo)的多普勒頻率，f B為下混頻差拍信號(hào) 的差頻，
[0052]
[0053] 其中，R為目標(biāo)的距離，c為電磁波傳播速度；
[0054] 步驟2 :將L個(gè)周期的差拍信號(hào)進(jìn)行離散采樣，得到L行N列的矩陣S，其中，第1 行為第1個(gè)周期的差拍信號(hào)的離散采樣數(shù)據(jù)，〇 < I < L-1，每行數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為N ;
[0055] 步驟3:隨機(jī)產(chǎn)生L行N列的矩陣Q1，矩陣Q1中元素的值為1或0, L行N列全 為1的矩陣E減去矩陣Q1，得到矩陣Ω2，其中矩陣Q1和矩陣Ω 2為兩組隨機(jī)取樣矩陣； [0050] 步驟4 :矩陣S分別與