[发明专利]低计算量自适应步长迭代搜索的目标方向检测方法

权利要求书

1.一种低计算量自适应步长迭代搜索的目标方向检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一，布设雷达阵列天线及目标信号：将m个各向同性的雷达收发组件，以等间距d排列成直线阵列，并在以雷达阵列天线为基准的二维空间内的任意方向部署P个非相干窄带目标信号；

步骤二，雷达阵列天线接收目标信号数据：雷达阵列天线的RF前端将空域中的目标信号采样H次并放大得到矩阵型雷达数据的模拟信号，再经过A/D转换模块将此信号转化为矩阵型雷达数据的数字信号：X＝[x(t₁),x(t₂),…,x(t_h)…,x(t_H)]，其中x(t_h)＝[x₁(t_h),x₂(t_h),…,x_p(t_h),x_P(t_h)]^T(p＝1,2,…,P)，并将其传递给DSP和FPGA核心处理板；

步骤三，对矩阵型数据进行预处理：将步骤二得到的矩阵型数据先由FPGA专用处理器进行矩阵型数据的并行预处理，再由DSP数字信号处理器进行特征值分解运算，得到噪声子空间U_n，存储在高速缓冲存储器cache中；

步骤四，进行低计算量自适应步长迭代搜索：先通过均匀粗搜索求解出采样空间，再通过采样空间求解出对应的导向矢量，然后与步骤3得到的噪声子空间共同求解出对应的空间谱峰值，进而求解出各采样点对应的搜索步进量，最后根据求解出的步进量与各采样点进行左右插值搜索得到新一轮迭代所需要的采样空间，直至求解出真实信号所在方位角；

所述步骤三包括如下步骤：

步骤3.1，由FPGA对矩阵型数据x_k(t)(x＝1,2,…,P)构造协方差矩阵R_x，并存储在高速缓冲存储器cache中；

步骤3.2，由DSP将步骤3.1中的协方差矩阵的R_x分解得到特征值与特征向量并进行排序；

步骤3.3，DSP依据低功率噪声的特性将步骤3.2中的特征值与特征向量数据进一步分离构造出噪声子空间U_n，将得到的数据存储在高速缓冲存储器cache中；

所述步骤四的搜索方法是根据谱峰扩散效应而进行一种根据上次搜索点的谱峰值的大小而改变该搜索点附近区域的搜索间隔的迭代插值搜索方法；此步骤需要FPGA与DSP进行协同处理，FPGA用作矩阵型数据的并行运算，DSP用于谱峰搜索过程；

所述步骤四包括如下步骤：

步骤4.1，在方位角区间(0°，90°)范围内，先以大步进量δ进行步进均匀搜索，得到初始采样空间θ⁽⁰⁾＝[0°,δ,2δ,…,nδ,…,90°](0°nδ90°)；

步骤4.2，通过步骤4.1得到的初始采样空间θ⁽⁰⁾，求解出对应的导向矢量

步骤4.3，将步骤3.3中得到的噪声子空间U_n与步骤4.2得到的导向矢量a(θ)代入到空间谱峰函数公式：来求取出与采样空间θ⁽⁰⁾对应的谱峰信息：p⁽⁰⁾＝[p(0°),p(δ),p(2δ),…,p(nδ),…,p(90°)]，接着将p⁽⁰⁾中的最大值p_m⁽⁰⁾求出，之后的p_m⁽ⁿ⁾表示p⁽ⁿ⁾的最大值，将数据存储在普通存储器中；

步骤4.4，求取出初始采样空间θ⁽⁰⁾中的各个搜索点对应的下次搜索的步进量其中0F1为迭代因子，控制迭代搜索过程的收敛速度；p(θ⁽⁰⁾)为p⁽⁰⁾中的某一采样点；

步骤4.5，在本次搜索过程中，以步骤4.1得到的初始采样空间θ⁽⁰⁾中的各个搜索点为基准，以步骤4.4求得的Δ⁽⁰⁾为步进量，向两边相邻搜索点进行均匀插值搜索得到新的采样空间；

其中包括向右端进行插值搜索的右采样空间：

以及向左端进行插值搜索的左采样空间：

接着将左右采样空间进行合并以及排序得到最新的采样空间：

其中为第s个搜索点，与为0°与90°；根据最新的采样空间θ⁽¹⁾重复步骤4.2,4.3得出与该采样空间对应的空间谱峰向量：

步骤4.6，以最新的采样空间为新基准采样空间；相应的，重复步骤4.5可以得到新的采样空间θ⁽²⁾；与步骤4.5所不同的是：在步骤4.5中的基准采样空间θ⁽⁰⁾为均匀搜索空间，其中每个搜索点的间距为均为δ；因此根据可知，在第s个搜索点的左右邻域所对应的步进量均为在步骤4.6中，由于步骤4.5所进行的插值搜索，使得第s个搜索点左右间隔并不相等，因此左右邻域对应步进量也不相同，此时对步进量的求解公式做出修正；分开计算左右插值搜索的步进量为与以修正后的公式求解出对应的步进量之后，继续按照步骤4.5进行插值搜索，得出最新的采样空间：其中为第s个搜索点，与为0°与90°；

步骤4.7，重复步骤4.6直到精度满足要求即可退出迭代，其中最新的采样空间中的谱峰极大值所对应的采样点的方位角即为所要求得的目标信号到达方向。