基于压缩感知的机载相控阵雷达低空风切变风速估计方法

摘要

一种基于压缩感知的机载相控阵雷达低空风切变风速估计方法。其包括：利用空时插值法构造参考距离单元与待检测距离单元的变换矩阵，从而获得构造待检测单元的杂波协方差矩阵的独立同分布样本，获得杂波协方差矩阵的估计值，进而实现杂波抑制；利用雷达主瓣宽度作为先验信息，构造风切变场的广义空间导向矢量；利用信号谱宽作为先验信息，构造风切变场的广义时间导向矢量；利用广义空间导向矢量和广义时间导向矢量，构造基于风速的风切变场空时基字典，构造稀疏基矩阵；对步骤1)进行杂波抑制后的回波信号进行观测，利用稀疏基矩阵对回波信号进行恢复，实现风速估计。本方法在脉冲数较少且信噪比较低时仍然能够获得较为精确的风场速度估计结果。

主权项

一种基于压缩感知的机载相控阵雷达低空风切变风速估计方法，其特征在于，其包括按顺序进行的下列步骤：1)利用空时插值法构造参考距离单元与待检测距离单元的变换矩阵，从而获得构造待检测距离单元的杂波协方差矩阵的独立同分布数据样本，获得杂波协方差矩阵的估计值，进而实现杂波抑制；2)利用雷达主瓣宽度作为先验信息，构造风切变场的广义空间导向矢量；广义空间导向矢量的具体形式为：其中，为雷达主瓣方向俯仰角，θ_i为雷达主瓣方向方位角，表示方位角为θ_i，俯仰角为的方位上的点目标的空间导向矢量；为确定性角信号密度函数，表示风切变场在雷达主瓣方向方位角θ_i和俯仰角上的扩展；是以分布源中心DOA为对称中心的单峰对称函数，其形式为：其中，σ_θ表示θ_i方向上的角度扩展，表示方向上的角度扩展；σ_ω为σ_θ和的集合，表示目标在空间上的扩展；N表示天线阵元数；d表示阵元间距，d＝0.5λ，λ表示雷达发射脉冲的波长；3)利用信号谱宽作为先验信息，构造风切变场的广义时间导向矢量；风切变场的广义时间导向矢量的具体形式为：其中，f_d表示风切变回波信号的多普勒频率，表示雷达主瓣方向方位角为θ_i和俯仰角为时，速度为v的点目标的时间导向矢量，g(σ_f)表示频率扩展函数，其中σ_f表示风切变信号回波的谱宽；K表示相干处理脉冲数，f_r表示脉冲重复频率，λ表示雷达发射脉冲的波长；4)利用上述广义空间导向矢量和广义时间导向矢量，构造基于风速的风切变场空时基字典，构造稀疏基矩阵；5)对上述步骤1)进行杂波抑制后的回波信号进行观测，利用上述稀疏基矩阵对回波信号进行恢复，实现风速估计。