本发明专利技术公开的基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，属于数字信号处理领域。本发明专利技术实现方法为：将监测信号和参考信号进行等速率采样和时间同步处理，并计算监测信号的信道频域响应；利用监测信号的信道频域响应在原子集合中的稀疏性，通过联合优化使原子范数最小作为目标来约束重构信号的稀疏性，重构出无噪的信道频域响应；计算信道频域响应的对偶多项式，寻找监测信号的信道频域响应的频率支撑集，根据所得到的频率支撑集得到外辐射源雷达多径杂波的分数时延估计值，从而实现外辐射源雷达多径杂波的时延估计。本发明专利技术能有效估计多径杂波的分数时延，更有利于去除杂波的干扰，从而更好地实现外辐射源雷达目标的探测。测。测。
【技术实现步骤摘要】
基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法
[0001]本专利技术涉及一种基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，属于数字信号处理领域。
技术介绍
[0002]时延估计是数字信号处理领域的一项重要的研究课题，在雷达、声纳、生物医学工程和地球物理等领域取得了广泛的应用。如在外辐射源雷达目标探测中，监测通道中除了有微弱的目标回波外，还存在很强的多径杂波，并且这些杂波往往分布在非整数倍时延上。现有杂波抑制方法局限在杂波的时延在整数倍采样周期处，不能有效抑制分数时延的杂波，这给外辐射源雷达的探测带来巨大的挑战。
[0003]目前，关于时延估计的方法主要有四种。一、基于相关理论的时延估计方法。它通过接收信号的互相关函数的峰值位置来估计信号的时间差。这种方法流程简单，易于实现，但它要求信号与噪声平稳且互不相关，受噪声影响较大。二、基于高阶累积量的时延估计。利用高斯过程高于二阶的累积量恒等于零的性质，适合于高斯噪声背景下的非高斯信号的时延估计。三、参数估计法。该方法需要已知信号的概率密度函数，且计算量较大。四、基于空间谱估计的时延估计方法。其基本原理是对接收信号构造的协方差矩阵特征值分解，利用信号子空间和噪声子空间的正交性计算时延估计值。该类型的算法虽然分辨率高，但运算量大，并且仅在信号频谱具有平坦或近似平坦特性时估计性能较好。在近几年的研究中，还有将神经网络算法、遗传算法等机器学习算法引入时延估计中，以提高时延估计的精度。
[0004]现有的时延估计方法，时延估计精度受到采样频率的限制，只能估计出采样周期整数倍的时延值，估计精度较低。为了有效估计分数时延，可以提高采样频率或者增加数据长度，但这提高了对系统软硬件的要求，实际应用中受到限制。因此分数时延估计算法受到人们的重视，如何突破采样频率的限制，分数时延估计方法的实用化是一个关键问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术公开的基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，要解决的技术问题是：利用监测信号的信道频域响应在原子集合中的稀疏性，基于原子范数保证估计信号在频域的连续性，在无需提高采样频率或者增加数据长度的情况下，甚至在数据缺失或压缩采样的情况下，能够实现外辐射源雷达多径杂波的分数时延估计。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]本专利技术公开的基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，将监测信号和参考信号进行等速率采样和时间同步处理，并计算监测信号的信道频域响应；利用监测信号的信道频域响应在原子集合中的稀疏性，通过联合优化使原子范数最小作为目标来约束重构信号的稀疏性，重构出无噪的信道频域响应；计算信道频域响应的对偶多项式，寻找监测信号的信道频域响应的频率支撑集，根据所得到的频率支撑集得到外辐射源雷达多径杂波的分数时延估计值，从而实现外辐射源雷达多径杂波的时延估计。本专利技术能有效估
计多径杂波的分数时延，更有利于去除杂波的干扰，从而更好地实现外辐射源雷达目标的探测。
[0008]本专利技术公开的基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、对监测信号和参考信号进行等速率采样和时间同步处理，得到时间同步的监测时域信号s(t)和参考时域信号r(t)。
[0010]参考时域信号表达式为，
[0011]r(t)＝a0d(t)+n
ref
(t)
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(1)
[0012]式中，d(t)为直达波时域信号，a0为其复幅度，n
ref
(t)为参考通道噪声。
[0013]监测时域信号表达式为，
[0014][0015]式中，d(t)为直达波时域信号，γ0为其复幅度，为时延为的多径杂波复幅度，N
m
为多径杂波的数量，α0为时延为τ0的目标复幅度，f
d
为目标多普勒，n
surv
(t)为监测通道噪声。
[0016]步骤二，对步骤一得到的参考时域信号r(t)进行快速傅里叶变换FFT(fast Fourier transform)，得到参考频域信号R(k)；对步骤一得到的监测时域信号s(t)进行FFT，得到监测频域信号S(k)；使监测频域信号S(k)和参考频域信号R(k)相比，得到监测信号的信道频域响应G(k)。
[0017]步骤2.1：对参考时域信号r(t)做FFT，得到参考频域信号表达式如下所示，
[0018]R(k)＝CD(k)+N
ref
(k)，k＝1,2,...,N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]式中，D(k)为直达波频域信号，C为其复幅度，N
ref
(k)为参考通道噪声，N为FFT点数。
[0020]步骤2.2：对监测时域信号s(t)做FFT，得到监测频域信号表达式如下所示，
[0021][0022]式中，D(k)为直达波频域信号，为其复幅度，f
s
为采样速率，为第m个杂波的复幅度，k
d
为目标的多普勒，β0为目标的复幅度，N
surv
(k)为监测通道噪声。
[0023]步骤2.3：计算监测信号的信道频域响应，监测信号的信道频域响应G(k)的计算公式如下所示，
[0024]G(k)＝S(k)/R(k)
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(5)
[0025]步骤三，利用监测信号的信道频域响应在原子集合中的稀疏性，通过联合优化使原子范数最小作为目标来约束重构信号的稀疏性，重构出无噪声的信道频域响应Q(k)。
[0026]监测信号的信道频域响应表达式如下所示，
[0027]G(k)＝Q(k)+N
G
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0028]式中，Q(k)为无噪声的信道频域响应，N
G
(k)是噪声。
[0029]通过求解下面的公式的联合优化问题，实现基于原子范数的去噪，
[0030][0031]其中，||
·
||
A
为原子范数，τ为正则化算子，它与噪声方差σ和采样点数N之间的关系为：
[0032]步骤四，利用步骤三优化得到的无噪的信道频域响应向量获得无噪的信道频域响应的对偶向量U。
[0033]其中，对偶向量U的计算公式为，
[0034][0035]步骤五，利用步骤四得到的对偶向量，通过FFT计算得到对偶多项式，然后寻找多项式模为1时的频率位置作为谐波频率支撑集，根据所得到的频率支撑集得到外辐射源雷达多径杂波的分数时延估计值。
[0036]还包括步骤六，根据步骤五得到的外辐射源雷达多径杂波的分数时延，采用自适应滤波算法，更有利于去除杂波的干扰，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一、对监测信号和参考信号进行等速率采样和时间同步处理，得到时间同步的监测时域信号s(t)和参考时域信号r(t)；步骤二，对步骤一得到的参考时域信号r(t)进行快速傅里叶变换FFT(fast Fourier transform)，得到参考频域信号R(k)；对步骤一得到的监测时域信号s(t)进行FFT，得到监测频域信号S(k)；使监测频域信号S(k)和参考频域信号R(k)相比，得到监测信号的信道频域响应G(k)；步骤三，利用监测信号的信道频域响应在原子集合中的稀疏性，通过联合优化使原子范数最小作为目标来约束重构信号的稀疏性，重构出无噪声的信道频域响应Q(k)；步骤四，利用步骤三优化得到的无噪的信道频域响应向量获得无噪的信道频域响应的对偶向量U；步骤五，利用步骤四得到的对偶向量，通过FFT计算得到对偶多项式，然后寻找多项式模为1时的频率位置作为谐波频率支撑集，根据所得到的频率支撑集得到外辐射源雷达多径杂波的分数时延估计值。2.如权利要求1所述的基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，其特征在于：还包括步骤六，根据步骤五得到的外辐射源雷达多径杂波的分数时延，采用自适应滤波算法，更有利于去除杂波的干扰，提高外辐射源雷达探测精度。3.如权利要求1或2所述的基于原子范数的外辐射源雷达多径杂波的时延估计方法，其特征在于：步骤一实现方法为，参考时域信号表达式为，r(t)＝a0d(t)+n
ref
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，d(t)为直达波时域信号，a0为其复幅度，n
ref
(t)为参考通道噪声；监测时域信号表达式为，式中，d(t)为直达波时域信号，γ0为其复幅度，为时延为的多径杂波复幅度，N
m
为多径杂波的数量，α0为时延为τ0的目标复幅度，f
d
为目标多普勒，n
【专利技术属性】
技术研发人员：孙全德，单涛，赵娟，冯远，乔幸帅，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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