基于稀疏表示的机会雷达信号分析技术研究

The purpose of this project is studying the technique of the opportunistic-radar-signal (ORS) analysis. First, the analysis of the ORS sparsity is developed based on the theory study of the signal sparsity. Then the uniquely sparse framework of ORS is constructed. Finally, the system model for signal analysis is proposed on the basis of the sparse representation. Based on above, the studies of weak-signal detection, the parameter estimation represented by distance estimation, speed estimation, angle estimation and imaging technique, and the algorithm for sparse reconstruction are developed based on the sparse representation of ORS. Additionally, the studies of direct wave extraction and cancellation, the technique of long time accumulation in time and spatial domains, the technique of compounding the bandwidth for non-cooperative signal, and other special problems are also developed based on the sparse representation in this project. At last, according to compare the obtaining theoretical results with those of conditional radar signal processing, the appropriate type of the ORS and the implementation scheme for the signal-analysis system are proposed.

本项目旨在研究基于稀疏表示的机会雷达信号分析技术。从信号的稀疏性理论研究入手，通过对机会雷达信号数学模型的总结归纳，开展机会雷达信号的稀疏性分析，建立机会雷达的统一稀疏构架，提出基于稀疏表示的机会信号分析的系统模型。在此基础上，本项目将开展基于稀疏表示的机会雷达信号的微弱信号检测、以测距、测速、测向和成像技术等为代表的参数估计方法以及稀疏重构算法的研究。除此之外，还将开展稀疏表示下的直达波提取与对消、时域空域长时间积累技术、非合作信号带宽合成技术等特殊问题的研究。最后，通过将研究得到的理论结果与传统雷达信号处理理论结果向对比，进而给出适合的机会辐射源信号类型以及信号分析的系统实现方案。

本项目首先分析了机会雷达系统组成与应用场景，其次以信号稀疏表示理论为基础研究了其在机会雷达中应用的可行性，重点研究了基于压缩采样的信号检测、参数估计、以及多通道合成的基本原理与算法实现。主要成果如下：.1..基于稀疏表示的信号检测算法研究.针对稀疏表示下机会雷达目标检测的情况，利用目标在距离单元上具有稀疏特性，构造了目标回波的稀疏字典，设计特定的测量矩阵，提出了基于压缩感知的CFAR检测结构，所提出的算法具有很好的降噪性能；针对低信噪比情况，利用了稀疏信号在某一特定字典基上投影展开，其稀疏向量非0元素位置固定的特点，提出了一种基于压缩感知的微弱信号检测算法；进一步深入研究了稀疏向量元素幅度的分布特性，提出了基于稀疏表示的检测器。所提算法无需信号重构，降低了数据运算量；为了降低数据运算量，根据目标在稀疏域的位置不变性，通过多次测量并在稀疏域实现多通道信号的相干积累，提出了基于稀疏域长时间积累的信号检测算法。.2..基于稀疏表示的参数估计研究.针对稀疏表示下目标参数估计问题，利用机会雷达信号在特征域上的稀疏性，提出了一种基于特征值分解的EIG-MOMP算法实现信号DOA的高精度估计。所提算法能够有效的降低计算量。此外，针对稀疏表示下机会雷达的参考信号提取问题，提出了子空间交替投影的自适应波束形成算法，所提算法可以大幅度抑制干扰和噪声，提高接收信号的纯度，得到较纯净的参考信号。.3..基于稀疏表示的多通道信号合成算法研究.为了适应机会雷达中常见的弱信号情况，利用电磁环境中存各种辐射源，提出了基于Key-stone 变换的相参积累和基于Radon-Fourier变换的非相参积累的多通道信号合成算法，大大提高目标的检测效率和参数估计精度。