[发明专利]一种多基地雷达多目标成像定位方法

说明书

技术领域

本发明属于多基地雷达技术领域，更具体地说是涉及一种基于自适应OMP的多基地雷达多目标成像定位方法。

背景技术

多基地雷达多目标定位中为实现对多个目标的可靠定位，需要首先完成数据关联。然而，复杂的数据关联算法制约了多基地雷达多目标定位的实时性和准确性。为了解决数据关联问题，多基地雷达多目标成像定位方法将多目标定位问题看作三维成像问题，通过将多个接收机回波信号的幅度信息投影到三维图像空间，再从图像空间中逐一提取各目标，实现对多个目标的定位。图像空间的三维分辨率分别由接收机阵列和线性调频信号决定，其中，接收机阵列可看作二维稀疏阵列，获得二维分辨率；接收机对线性调频信号进行脉冲压缩，获得距离向上的分辨率。

多基地雷达多目标成像定位方法虽然解决了数据关联问题，但也存在以下两个不足。第一个是，由于线性调频信号脉冲压缩后的输出波形近似为Sinc函数(详见“皮亦鸣，杨建宇，付毓生，杨晓波.合成孔径雷达成像原理.第一版.电子科技大学出版社.2007.3”)，存在主瓣展宽和旁瓣串扰问题，导致距离向分辨率下降，从而严重影响三维图像空间中的成像质量，降低该定位方法的正确性和准确性。第二个不足是，该方法从图像空间提取目标时，需已知探测区域目标个数，而这一条件在实际应用中通常难以实现。

压缩传感稀疏信号重构是一种近几年来提出的新兴的信号处理理论，其主要思想是采用非自适应线性投影来保持信号的原始结构，通过数值最优化问题准确重构出原始信号。Donoho指出只要信号存在稀疏性或可压缩性，就可用远低于Nyquist采样率的采样信号恢复出原始信号(详见参考文献“D.Donoho.Compressed sensing.IEEE Trans.Inf.Theory,vol.52,no.4,pp:1289-1306,April 2006”)。在多基地雷达多目标场景中，由于三维空间中大量区域不包含散射点(目标)，回波信号在三维空间中具有稀疏性，因此，可以利用压缩传感稀疏重建的方法，估计和重构出空间单元上原始信号，抑制主瓣展宽和旁瓣串扰问题，提高定位精度。正交匹配追踪(OMP)算法是稀疏信号重构理论中的经典算法，详见参考文献“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.”。OMP算法基本思想是利用贪婪迭代追踪方法，在每一次迭代中选定回波信号测量矩阵中与重构残余误差的最大相干项作为索引原子，并对所选定原子矩阵进行正交化以保证迭代结果最优。OMP算法具有结构简单、计算复杂度低和运算时间快等优点，在图像处理、医学成像和无线通信等领域中得到了成功应用。但是，OMP算法的前提是需要已知原始稀疏信号中非零元素的个数(对应多基地雷达多目标成像定位中，即需要已知探测区域中目标个数)，如果原始稀疏信号中非零个数未知，该算法重构性能会严重下降。也就是说，要采用OMP算法抑制线性调频信号脉冲压缩后的主瓣展宽和旁瓣串扰问题，提高定位精度，前提条件也是假设探测区域目标个数已知。这一假设条件和多基地雷达多目标成像定位方法从图像空间提取目标时假设目标个数已知的条件相同。然而，在多基地雷达多目标定位的实际情况中，探测区域目标个数通常是未知的，因此，为了将多基地雷达多目标成像定位方法应用于实际中的同时改善成像质量，提高定位精度，就必须克服OMP算法及多基地雷达多目标成像定位方法对已知原始稀疏信号中非零元素个数的约束(即：对已知探测区域中目标个数的约束)。

发明内容

本发明是为了克服上述的多基地雷达多目标成像定位方法中探测区域目标个数对正交匹配追踪算法及图像空间目标提取过程的约束，而提出一种基于自适应OMP的多基地雷达多目标成像定位方法，该方法利用多基地雷达多目标场景中多个接收机的平均重构残余误差变化率和平均散射系数变化率代替探测区域中目标个数作为自适应OMP算法迭代终止的判定条件，利用自适应OMP算法迭代终止次数估计探测区域目标个数，适用于实际情况中对目标个数未知的多基地雷达多目标成像定位。