基于稀疏表示的目标角度距离联合估计方法技术

技术编号:10316275 阅读:168 留言:0更新日期:2014-08-13 17:39
本发明专利技术公开一种基于稀疏表示的目标角度-距离联合估计方法,主要解决现有技术计算量大的问题。其技术方案是:1.对阵元接收信号进行离散化,构造接收信号矩阵;2.将探测区域的角度范围与距离范围分别进行等间隔划分,构造基于角度的稀疏基和基于距离的稀疏基;3.根据接收信号矩阵、基于角度的稀疏基和基于距离的稀疏基,建立稀疏优化模型,并用二维交替优化的方法对稀疏优化模型进行求解,得到最终优化解;4.通过对最终优化解的峰值搜索,得到目标的角度与距离。本发明专利技术具有计算量小和估计精确的优点,可用于雷达、声呐中的目标探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号处理
,特别涉及一种目标估计方法,可以用于雷达、声呐中的目标探测。
技术介绍
相控阵是利用电磁波的相干原理,通过计算机控制馈往各辐射阵元电流的相位,从而改变波束方向的阵列天线。相控阵采用电子扫描方式,可实现回波数据的实时更新,因此获得了广泛的关注。其中利用相控阵进行目标位置估计是相控阵应用的一个主要方面。目前,目标位置的估计方法已有很多,例如多重信号分类MUSIC方法、旋转不变技术估计信号参数ESPRIT方法、基于稀疏表示的方法等,其中:多重信号分类MUSIC方法,是将阵列接收信号的自相关矩阵进行特征值分解,然后利用信号子空间和噪声子空间之间的正交关系来估计目标的位置。例如,孙洪亮的硕士论文“近场源参数联合估计算法仿真研究”,就是用MUSIC方法进行目标位置的估计,这种方法的最大不足是分辨率不高。旋转不变技术估计信号参数ESPRIT方法,是利用两个对称子阵自相关和互相关矩阵的广义特征值进行目标位置的估计。例如,张群飞,保铮,黄建国的论文“一种水下多目标方位、频率、距离联合估计新方法”(电子学报,Vol.32N0.9Sep.2004),就是用ESPRIT方法进行目标位置的估计,这种方法的最大不足是在噪声较大的情况下,该方法的精度不是很闻。基于稀疏表示的目标位置估计方法,是将探测区域进行网格化,利用目标在网格化探测区域中具有稀疏性的假设,将目标位置估计问题转化成目标具有稀疏性假设的优化求解问题。例如,王鹏的硕士论文“阵列天线雷达的目标方位距离联合估计和高分辨成像”,就是一种基于稀疏表示的方法,这种方法的最大不足是在稀疏优化模型中,目标的角度距离双参量是构造在一个稀疏域里,若网格划分过密,会导致该稀疏域维数巨大,使得优化求解的计算量很大,工程应用比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足,提出一种基于稀疏表示的目标角度距离联合估计的方法,以减少求解计算量,便于实现工程应用。本专利技术的思路是:将角度距离双参量稀疏基的联合构造转变为各参量对应的稀疏基级联。其实现步骤包括如下:(I)将探测区域进行离散化,即将距离范围rmin?rmax和角度范围Θ min?Θ _分别进行等间隔划分,共得到G个距离单元rg和Q个角度单元Θ q:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于稀疏表示的目标角度距离联合估计方法,包括如下步骤:(1)将探测区域进行离散化,即将距离范围rmin~rmax和角度范围θmin~θmax分别进行等间隔划分,共得到G个距离单元rg和Q个角度单元θq:rg=rmin+g-1G-1(rmax-rmin)θq=θmin+q-1Q-1(θmax-θmin),]]>其中,rmin和rmax分别表示探测区域的最小距离和最大距离,θmin和θmax分别表示探测区域的最小角度和最大角度,g=1,2,…,G,q=1,2,…,Q;(2)用M个阵元组成阵列,并将第一个阵元作为参考阵元,设参考阵元发射的窄带信号为t表示时间,p(t)是基带信号,j是虚数单位,f0是信号载频,M≥2;(3)设探测目标在离散化的探测区域中,则第m个阵元接收到目标反射信号为xm(t),m=1,2,…,M;对目标反射信号xm(t)进行离散采样,得到离散数据xm(tn),n=1,2,…,N,N是采样点数;并以该离散数据xm(tn)作为第m行,构成阵列信号接收矩阵X:X=x1(tn)···xm(tn)···xM(tn);]]>(4)根据Q个角度单元θq和G个距离单元rg,构造基于Q个角度单元的稀疏基Φ和基于G个距离单元的稀疏基Ψ;(5)用距离单元的稀疏基Ψ和角度单元的稀疏基Φ作为约束条件,引入辅助矩阵Y,采用二维交替优化的方法,求解下述优化式,得到目标角度距离二维谱矩阵A:minY,F{λ||Y||2,1+||A||2,1},s.t.X=ΦYYT=ΨA]]>其中,λ是用户输入的正则化参量,Yq表示辅助矩阵Y的第q行,q=1,2,…,Q,Ag表示角度距离二维谱矩阵A的第g行,g=1,2,…G,||||2表示求向量的2范数,(·)T表示转置;(6)根据步骤(5)中求得的角度距离二维谱矩阵A,采用阈值比较法,得到目标的距离位置a与角度位置b,并通过下式确定目标的距离ra与角度θb:ra=rmin+a-1G-1(rmax-rmin)θb=θmin+b-1Q-1(θmax-θmin).]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏表示的目标角度距离联合估计方法,包括如下步骤: (1)将探测区域进行离散化,即将距离范围rmin~rmax和角度范围Qmin~θ_分别进行等间隔划分,共得到G个距离单元rg和Q个角度单元Θ q: 2.根据权利要求1所述的基于稀疏表示的目标角度距离联合估计方法,其中所述步骤(4)中根据Q个角度单元Θ q和G个距离单元rg,构造基于Q个角度单元的稀疏基Φ和基于G个距离单元的稀疏基Ψ,按如下公式进行: 3.根据权利要求1所述的基于稀疏表示的目标角度距离联合估计方法,其中所述步骤(5)中采用二维交替优化的方法,求解优化式,得到目标角度距离二维谱矩阵A,按如下步骤进行: (5a)设置角度距离二维谱矩阵A的初值Atl、辅助矩阵Y的初值Ytl、两...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵光辉李炳萨刘自成石光明
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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