本发明涉及一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，属于数字信号处理领域。
背景技术：
1、外辐射源雷达(passive radar,pr)利用非合作照射源进行目标探测。与传统雷达不同，pr具有无电磁辐射污染、设备结构简单、成本低等优点，同时可用的辐射源信号具有分布范围广、低空覆盖好等优点。因此，基于pr的目标探测和识别成为国内外雷达领域研究的热点。目前，pr的目标参数估计方法主要分为互模糊函数(cross ambiguity function,caf)法和稀疏表示方法。pr通常通过caf计算来估计目标的距离-多普勒(range-doppler,rd)，但是caf计算会产生较宽的主瓣和较高的副瓣，易造成强干扰或强目标掩盖弱目标、目标的距离分辨率低等问题。
2、压缩感知(compressive sensing,cs)技术被广泛应用于pr目标参数估计中。在国外，berger等人利用正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,ofdm)信号各子载波之间的正交性等特点，建立了一种基于ofdm雷达的稀疏表示模型，实现了目标的rd二维估计。weiss等人用参考信号经过不同rd的调制来构建稀疏字典，实验结果验证了cs在目标rd估计精度方面的优越性。feng等人提出了一种扩展正交匹配追踪算法，该算法大大提升了计算效率，但是难以分辨出距离相近的目标。在国内，杨鹏程等人从caf计算的公式出发建立了外辐射源雷达目标rd估计的稀疏模型，该模型对辐射源信号没有特殊要求。白霞等人基于多测量向量模型的正交匹配追踪算法实现多普勒维重构，并且在距离维重构中考虑全局稀疏性，提出了一种新的基于压缩感知的高分辨rd处理方法。赵志欣等人结合ofdm波形外辐射源雷达数据在平均有效子载波域的稀疏性，提出了基于平均有效子载波域的稀疏表示模型。
3、综上所述，稀疏表示方法在pr中具有良好的探测估计性能。但是，现有大多数稀疏表示方法难以应用于采样率较高的信号处理中。一些子载波域稀疏表示方法能实现高效的参数估计，但是仅适用于基于ofdm信号的pr，具有一定的局限性。因此，开展基于稀疏表示的pr目标估计方法研究具有重要的意义。
技术实现思路
1、为了解决外辐射源雷达系统中临近目标难分辨的问题，本发明主要目的是提供一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，该方法通过对信号分段、快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)和相加积累等处理，利用目标在距离-多普勒维的稀疏性，建立稀疏表示模型，并基于稀疏重构算法实现目标的距离-多普勒参数估计。本发明具有估计精度高、运算量小、占用内存少和普适性好等优点。
2、本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
3、本发明公开的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，将监测信号和参考信号进行分段，并在快时间维进行fft；将变换后的频域信号在同一频率点上相加积累，生成观测向量；利用目标回波在距离-多普勒域的稀疏性，建立稀疏表示模型；将积累后的参考信号经过观测区间内的不同时延-多普勒频移，来构造稀疏字典；采用压缩感知稀疏重构算法估计出目标的rd参数。本发明能有效减少互模糊函数中副瓣的影响，具有估计精度高、稀疏字典占用内存小和运算量少的优点，且不限于特定的辐射源信号，更具有普适性。
4、本发明公开的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，包括以下步骤：
5、步骤一、通过下变频、采样将监测信号和参考信号变换到基带上，得到基带上参考信号r(n)和监测信号s′(n)；监测信号s′(n)经过杂波抑制，得到s(n)；
6、参考信号r(n)的时域表达式为
7、r(n)＝a×d(n) (1)
8、式中，d(n)为直达波，a为直达波的幅度，n＝1,2,...,n，n为信号长度。由于直达波的强度远高于噪声，因此忽略噪声的影响。
9、监测信号s(n)的时域表达式为
10、
11、式中，q为目标数量，lq、fq分别为第q个目标的幅度、时延、多普勒频率，fs为采样率，j为虚数符号，z(n)为监测通道噪声。
12、步骤二、对步骤一得到的参考信号r(n)和监测信号s(n)进行分段处理；
13、分段后的第m段信号表示为，
14、
15、式中，m＝1,2,...,m，m为信号总段数；n′＝1,2,...,nseg，nseg为每段信号的长度；当-1/2≤x≤1/2时，rect(x)为1，否则为0，中间变量x＝(n′-nseg/2)/nseg。
16、步骤三、对步骤二得到的分段后的参考信号rm(n′)和监测信号sm(n′)在快时间维分别做fft；
17、步骤3.1：对分段后的参考信号rm(n′)在快时间维做fft，得到相应的频域表达式为，
18、rm(kδf)＝fft[a×dm(n′)]＝a×dm(kδf) (4)
19、式中，dm(n′)为第m段参考信号中的直达波信号，频域上第k个频率点k＝1,2,...,nseg，δf＝fs/nseg为频率点间的间隔，dm(kδf)为第m段直达波信号的频域形式。
20、公式(4)向量化表示为，
21、
22、式中，为dm(kδf)的向量化表示；dm,k为第m段直达波信号的第k个频率点的值。
23、步骤3.2：对分段后的监测信号sm(n′)在快时间维做fft，得到相应的频域表达式为，
24、
25、式中，zm(kδf)为频域噪声；
26、对第q个目标回波做fft表示如下，
27、
28、由于频率点间的间隔δf＞fq，即kδf±fq≈kδf；因此，公式(7)变化为式(8)，
29、
30、把公式(8)代入(6)得，
31、
32、公式(9)的向量化表示为
33、
34、式中，
35、
36、式中，⊙代表hadamard乘法；
37、步骤四、对步骤三得到的fft之后的监测信号sm，在同一频点上进行多段相加积累；
38、积累后的监测信号表示为
39、
40、根据式(12)知，积累后的监测信号s由目标回波和噪声二部分组成，目标回波部分表示为，
41、
42、噪声部分表示为，
43、
44、将式(13)和(14)代入式(12)得，
45、
46、步骤五、对步骤四得到的监测信号s截取带宽内的部分作为观测向量并建立稀疏表示模型；
47、步骤5.1：构造稀疏字典；
48、目标出现的时延范围为lmin～lmax，多普勒范围为fmin～fmax；将此探测区间分为i×h个时延-多普勒单元，其中时延范围为{l1,l2,...,li}，多普勒频率范围为{f1,f2,...,fh}；观测区间的每一个时延-多普勒单元上都对应一路目标回波，将i×h路回波组成一组基向量ψ，并截取基向量ψ的带宽内部分，作为稀疏字典矩阵
49、基向量ψ的表达式为，
50、
51、
52、
53、步骤5.2：对监测信号稀疏化表示；
54、目标在时延-多普勒中是稀疏的，稀疏表示为，
55、
56、式中，是稀疏向量，表示多普勒频移为fh、时延为li的回波的幅度，当某个时延-多普勒单元内没有目标时，的值接近于0；是稀疏字典矩阵；是带内噪声；
57、步骤5.3：压缩采样，并建立稀疏表示模型；
58、分别对和稀疏字典随机采样，随机采样后的表达式为，
59、
60、式中，φ为随机采样矩阵，和分别为随机采样后的观测向量、稀疏字典和噪声；
61、步骤六、基于稀疏表示模型，对目标的距离-多普勒进行重构，完成对外辐射源雷达目标的距离-多普勒的估计；
62、已知稀疏字典和观测向量基于稀疏表示模型和稀疏重构算法来估计θ，并转化为距离-多普勒图，即完成对目标的距离-多普勒的估计。
63、有益效果：
64、1、本发明公开的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，利用目标回波在距离-多普勒域的稀疏性，建立稀疏表示模型，采用压缩感知重构方法估计目标参数，减少互模糊函数副瓣的影响，提高目标的分辨能力。
65、2、本发明公开的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，利用外辐射源雷达信号处理技术，对信号分段、fft和相参积累等处理，显著减小稀疏字典的内存占有量，并降低外辐射源雷达目标参数估计的运算量。
66、3、本发明公开的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，无需利用辐射源信号的波形结构，不局限于特定的辐射源信号，更具有普适性。
1.一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，其特征在于：步骤一中，
3.如权利要求2所述的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，其特征在于：步骤二中，
4.如权利要求3所述的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，其特征在于：步骤三实现方法为，
5.如权利要求4所述的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，其特征在于：步骤四中，
6.如权利要求5所述的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，其特征在于：步骤五实现方法为，
7.如权利要求6所述的一种基于稀疏表示的外辐射源雷达目标参数估计方法，其特征在于：步骤六实现方法为，
