[发明专利]一种连续波体制1-比特雷达目标重构问题降维方法

说明书

本发明公开了一种连续波体制1‑比特雷达目标重构问题降维方法，包括如下步骤：接收端，对单帧1‑比特数据立方体进行三维快速傅里叶变换3D‑FFT，在慢时间域、空域和快时间域三个域完成对目标信号的相参积累，得到三维频域数据立方体；对三维频域数据立方体，进行三维恒虚警预检测，得到预检测到的目标点迹信息，包括每个点迹所在的慢时间单元、空域单元和快时间单元编号；基于预检测点迹所在的快时间、空域和慢时间单元编号，计算降维观测矩阵，用降维观测矩阵代替原始观测矩阵，获得降维观测模型。本发明能够大幅降低重构模型的维度，解决由于维度过高常规非线性重构算法无法求解的问题。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其是一种连续波体制1-比特雷达目标重构问题降维方法。

背景技术

随着毫米波雷达高精度探测、空中编队协同探测等新的应用需求的出现，器件能力不足、复杂电磁环境数据传输带宽受限等因素，逐渐成为常规雷达系统面临的挑战。如，基于毫米波雷达的虚拟操控系统，将雷达搭载于手表、音响等设备，利用雷达技术捕捉人的手势，对机器进行隔空操作。要求探测精度达到亚毫米级，这种情况下所需探测带宽可达数GHz甚至10GHz以上，同时，对功耗和体积提出了很高的要求。然而，目前主流模数转换器(ADC)采样率3GHz，采样率≥10GHz的超高速ADC短期内难以广泛应用。另一方面，当ADC采样率1GHz时，单芯片功耗大，如，ADI公司AD9625-2000芯片(单通道、12比特量化、采样率2GHz)功耗达3.48W。

针对这一挑战，1-比特雷达提供了新的解决思路。与常规雷达的差异在于，1-比特雷达采用1-比特ADC对接收信号进行采样和量化，每个复采样点的实部和虚部均仅用1个比特表示，即当实部或者虚部输入信号大于给定阈值时，量化输出为1，否则为-1。基于1-比特ADC对信号进行采样和量化，也称为1-比特感知。显然，与常规高精度ADC相比，二者均采用奈奎斯特采样率的条件下，1-比特ADC可以大幅降低阵面数据产生速率，进而降低数据传输、存储对硬件需求。另一方面，1-比特ADC仅需要一个比较器即可实现，可以在低功耗的条件下实现超高速率采样。

由于雷达接收机数字信号处理增益可达60dB以上，复杂杂波和多目标环境下，高度非线性1-比特量化产生的谐波分量，将对目标检测产生复杂影响，线性处理方法无法有效抑制谐波。然而，当前的非线性处理方法，如近似消息传递算法(GAMP)等，难以解决雷达中所面临的大规模、高维度目标重构问题。以全数字化阵列雷达为例，假设天线单元数为40，单帧脉冲个数为25，快时间域采样点数为1000，目标检测时需要联合处理的采样点数为40×25×1000＝10⁶。进一步，假设待重构目标向量维度与采样点数相同，那么，对应的信号模型中观测矩阵维度为10⁶×10⁶。如果观测矩阵每个复元素用4个字节表示，仅观测矩阵的所需存储空间就高达3T Byte以上，现有硬件能力无法满足实时性存储、读取和处理能力需求。因此，非线性重构算法无法求解雷达目标重构问题，必须研究有效的降维方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种连续波体制1-比特雷达目标重构问题降维方法，能够大幅降低重构模型的维度，解决由于维度过高常规非线性重构算法无法求解的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种连续波体制1-比特雷达目标重构问题降维方法，包括如下步骤：

(1)接收端，对单帧1-比特数据立方体进行三维快速傅里叶变换3-D FFT，在慢时间域、空域和快时间域三个域完成对目标信号的相参积累，得到三维频域数据立方体；

(2)对三维频域数据立方体，进行三维恒虚警(CFAR)预检测，得到预检测到的目标点迹信息，包括每个点迹所在的慢时间单元、空域单元和快时间单元编号；

(3)基于预检测点迹所在的快时间、空域和慢时间单元编号，计算降维观测矩阵，用降维观测矩阵代替原始观测矩阵，获得降维观测模型。