【摘要】：宽带雷达通过发射宽带信号来获得更多、更详尽的目标信息,在军事和民用领域中发挥越来越重要的作用。然而,随着发射信号带宽的增加,基于传统奈奎斯特采样定理的宽带雷达信号处理子系统需要面对海量数据,这给宽带雷达要求信号处理子系统满足低成本和实时性带来了新的问题和挑战。近年来,基于信号稀疏性这一先验知识的压缩感知新理论,从信息论、矩阵论、最优化理论和线性规划等出发,突破了传统的基于奈奎斯特采样定理的信号最低采样率限制,可以以较低的码率采样信号,然后通过重构算法实现信号重构,但不丢失原信号信息。虽然压缩感知新理论已经在通信、雷达、图像等领域得到越来越广泛的应用,但是还处于起步阶段,许多问题还需要进一步研究。本论文在分析了宽带雷达回波信号稀疏性的基础上,以在高斯白噪声背景下基于压缩感知的距离扩展目标检测为核心,重点围绕基于L-1,2两类范数的稀疏信号重构算法、基于压缩感知测量值、基于准互模糊函数(Cross quasi-ambiguity function,CQAF)和基于Sinc基的距离扩展目标检测等问题进行了较为系统和深入的研究,其中针对基于L-1,2两类范数的稀疏信号重构算法的讨论是对于压缩感知新理论能否应用于宽带雷达距离扩展目标检测的可行性分析。本论文的主要研究成果和主要贡献可概括如下:第一部分针对基于L-1类范数的稀疏信号重构算法重构误差较大这一问题,本论文提出了基于基追踪—Moore-Penrose逆矩阵的稀疏信号重构新算法。新算法包括两个步骤,首先由基追踪得到稀疏信号支撑集(稀疏信号非零元素的位置,对应测量矩阵的列),其次通过Moore-Penrose逆矩阵求解由压缩感知测量值和支撑集所对应的测量矩阵子矩阵所组成的超定线性方程组来实现稀疏信号重构,同时,证明了由新算法所重构的稀疏信号是其唯一的最小二次范数解。在不同类型测量矩阵情形下,基于仿真的不同类型稀疏信号和实测宽带雷达回波数据的实验结果表明:新算法可以有效的实现稀疏信号重构,其重构误差最小且误差只存在于支撑集内。第二部分针对在每次迭代时,基于L-2范数的压缩感知匹配追踪算法只是通过简单排序选取稀疏度的两倍作为新原子,而不存在迭代量化标准这一问题,本论文提出了分步压缩感知匹配追踪算法。新算法从块矩阵的定义和性质出发,推导出每次迭代时支撑集所对应稀疏信号重构误差的L-2范数的闭合表达式,将贪婪增加算法和贪婪删除算法引入到每次迭代选取新原子中,从而减小重构稀疏信号所需的测量维数。在不同类型测量矩阵情形下,基于仿真的不同类型稀疏信号和实测的宽带雷达回波数据实验结果表明:新算法可以有效地实现稀疏信号的重构,且要求更低的测量维数,同时具有较好的鲁棒性。第三部分针对在高斯白噪声背景下距离扩展目标检测这一问题,本论文提出了基于压缩感知测量值的宽带雷达距离扩展目标检测新方法。新方法通过构造的Sinc基来稀疏表示距离扩展目标的一维距离像,再由复的信息逼近传递(Complex approximate message passing,CAMP)算法从压缩感知测量值中得到一维距离像由Sinc基线性表示的相关系数,最后通过基于L-0范数的检测器实现距离扩展目标检测,同时经过推导得到其虚警概率和检测概率。基于实测宽带雷达回波数据的实验结果表明:相对于一维距离像在距离向上的稀疏性而言,距离扩展目标的一维距离像可以由Sinc基更好地稀疏表示;和传统的检测器相比,新方法不仅可以由较少的测量值实现距离扩展目标的检测,而且具有更好的检测性能。第四部分针对发射宽带线性调频信号的宽带雷达常进行去斜处理,回波信号为一系列复单频信号之和,本论文通过构造由不同频率的复单频信号组成的基来稀疏表示回波信号,提出了在高斯白噪声背景下压缩感知宽带雷达接收机数学模型,从而距离扩展目标的一维距离像可以由基于L-1范数的重构算法直接从压缩感知测量值中得到;同时,搭建了基于CQAF的压缩感知宽带雷达距离扩展目标恒虚警检测器。在所提出的检测器中,由主散射点所对应的基和回波信号的CQAF提取距离扩展目标的特征,以此区分目标和噪声,进而实现距离扩展目标的检测。基于实测的宽带雷达回波数据表明:所构造的复单频信号基可以很好地稀疏表示距离扩展目标的回波信号,所提出的压缩感知宽带雷达接收机可以有效地降低采样率;和传统的距离扩展目标检测器相比,所提出的基于CQAF的检测器可以更好地实现距离扩展目标检测,且不依赖于某个稀疏信号重构算法。第五部分针对keystone变换不能很好地校正由复杂运动目标所产生距离走动这一问题,本论文提出了在高斯白噪声背景下基于Sinc基的复杂运动目标相参积累的检测新方法。新方法通过构造Sinc基来稀疏表示距离扩展目标的一维距离像,将稀疏表示理论引入到相参积累领域;首先由基追踪算法估计噪声功率,其次由基追踪去噪算法重构距离扩展目标的一维距离像,从而可以由基于最小相邻相关系数的一维熵实现包络对齐,然后由递归的多散射点算法(Recursive multi-scatterer algorithm,RSMA)校正相位误差,最后通过较小运算复杂度的基于Sinc基的自适应子空间检测器实现距离扩展目标的检测。基于实测的宽带雷达回波数据实验结果表明:新方法可以在较低信噪比情形下有效校正由复杂运动目标所带来的距离走动,进而由相参积累来提高检测性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN957.51
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