一种基于稀疏重构的网格外目标波达方向估计方法技术

一种基于稀疏重构的网格外目标波达方向估计方法，包括：1)使用一种基于字典平滑的新网格不匹配模型：通过对空间区域的角度进行网格划分，形成两组角度成平移等差关系的子字典，用网格上角度对应的导向矢量以线性组合的方式表示非网格角度上的导向矢量，得到新的基于字典平滑的网格不匹配模型。2)基于该模型在稀疏重构框架下，用联合稀疏重构方法求解稀疏信号，用最小二乘方法求解方向偏差，求解稀疏信号和求解方向偏差的过程交替迭代直至收敛，最后将稀疏信号中的非零元素位置映射到角度空间并根据方向偏差进行补偿得到信号的波达方向。本发明专利技术比传统的泰勒模型更高的波达方向估计精度，平滑后的字典维数降低从而使稀疏重构算法的运算量减少。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，包括：1)使用一种基于字典平滑的新网格不匹配模型：通过对空间区域的角度进行网格划分，形成两组角度成平移等差关系的子字典，用网格上角度对应的导向矢量以线性组合的方式表示非网格角度上的导向矢量，得到新的基于字典平滑的网格不匹配模型。2)基于该模型在稀疏重构框架下，用联合稀疏重构方法求解稀疏信号，用最小二乘方法求解方向偏差，求解稀疏信号和求解方向偏差的过程交替迭代直至收敛，最后将稀疏信号中的非零元素位置映射到角度空间并根据方向偏差进行补偿得到信号的波达方向。本专利技术比传统的泰勒模型更高的波达方向估计精度，平滑后的字典维数降低从而使稀疏重构算法的运算量减少。【专利说明】
本专利技术属于阵列信号处理领域，具体涉及稀疏重构框架下的信号波达方向估计技术，针对字典不匹配引起的波达方向估计性能下降问题提出一种新网格不匹配模型及稀疏重构方法对网格外目标的波达方向进行估计。
技术介绍
波达方向(Direction of Arrival, D0A)估计是阵列信号处理领域研究的一个重要课题，在雷达、声呐、地震探测、通信、医学等领域都有广泛的应用。经典的波达方向估计方法包括参数估计方法和非参数估计方法；参数估计方法主要基于最大似然估计算法(Maximum Likelihood,ML)得到,其中又包括确定性最大似然估计和随机性最大似然估计。最大似然估计算法的局限性在于初始值的选择直接影响到能否获得全局最优解，而且计算复杂度高。非参数估计法之一是Bartlett波束形成法，该方法的分辨率取决于阵列孔径。1979 年 Schmidt (施密特)等人提出多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法，这是一类子空间类的算法，可以达到超分辨，但是子空间类算法对相干或相关信源波达方向无法获得理想的估计结果。近年来随着压缩感知理论的发展，出现了一类基于稀疏重构框架的信号波达方向估计方法，这类方法依据压缩感知理论，对空间区域进行网格划分，由此形成基于网格的字典。在恢复信号的过程中，使用I1范数约束来保证信号的稀疏性。最经典的一个方法是Malioutov提出的I1-SVD方法,该方法为了降低计算的复杂性,用奇异值分解(SingularValue Decomposition, SVD)来降低信号的维数。I1-SVD算法可以分辨出间隔很近的两个相关信号，在低信噪比或者快拍数比较少的情况下，也可以达到很好的效果。一般稀疏重构框架下的信号波达方向估计方法均假设信号方向恰好落在网格上，但是实际上这个假设往往不能得到满足，当信号角度不在网格上时，I1-SVD算法就不能准确地估计出信号波达方向。此后，Aris Gretsistas等人提出了泰勒估计模型，将网格外导向矢量在最近网格处作一阶泰勒展开，通过估计方向偏差，对网格外目标的波达方向进行补偿，弥补了 I1-SVD算法的不足。但是，泰勒估计模型的估计精度还较低，且受字典维数影响稀疏重构算法的运算量大，这些问题都有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善稀疏重构框架下字典不匹配带来的信号波达方向估计性能降低问题，通过设计新的网格不匹配模型及相应的稀疏重构算法提高信号波达方向估计的精度。为了实现上述目的，本专利技术设计了如下技术方案:，包括:准备步骤:通过对空间区域的角度进行网格划分，形成两组角度成平移等差关系的子字典，依据字典平滑的思想，用网格上角度对应的导向矢量以线性组合的方式表示非网格角度上的导向矢量，建立一个基于字典平滑的网格不匹配模型；估计步骤:基于网格不匹配模型，通过交替迭代的过程实现信号波达方向的估计和方向偏差的补偿:在求解信号的波达方向时，用联合稀疏重构的方法求解稀疏信号，用最小二乘的方法求解方向偏差，求解稀疏信号和求解方向偏差的过程交替迭代直至收敛，最后将稀疏信号的非零行位置映射到角度空间并根据方向偏差进行补偿得到估计的信号波达方向。该方法的具体步骤是:I)、获取阵列接收数据Y，初始化方向偏差矢量Λ = diag( δ )；2)、根据输入的子字典构造平滑字典A= .VAVr.A2;3)、根据接收数据维数用稀疏重构或联合稀疏重构算法求解稀疏信号X，优化准则为:【权利要求】1.，包括: 准备步骤:通过对空间区域的角度进行网格划分，形成两组角度成平移等差关系的子字典，依据字典平滑的思想，用网格上角度对应的导向矢量以线性组合的方式表示非网格角度上的导向矢量，建立一个基于字典平滑的网格不匹配模型； 估计步骤:基于网格不匹配模型，通过交替迭代的过程实现信号波达方向的估计和方向偏差的补偿:在求解信号的波达方向时，用联合稀疏重构的方法求解稀疏信号，用最小二乘的方法求解方向偏差，求解稀疏信号和求解方向偏差的过程交替迭代直至收敛，最后将稀疏信号的非零行位置映射到角度空间并根据方向偏差进行补偿得到估计的信号波达方向。2.如权利要求1所述的基于稀疏重构的网格外目标波达方向估计方法，其特征在于，该方法的具体步骤是: 1)、获取阵列接收数据Y，初始化方向偏差矢量Λ= diag(5)； 2)、根据输入的子字典构造平滑字典A=.VAVr.A2; 3)、根据接收数据维数用稀疏重构或联合稀疏重构算法求解稀疏信号X，优化准则为:3.如权利要求1所述的基于稀疏重构的网格外目标波达方向估计方法，其特征在于，所述准备步骤的详细步骤是: 设信号波达方向为Θ，对空间区域进行网格划分，离Θ最近的两个网格是01和θ2，对a( Q1^a(G2)分别在Θ处进行一阶泰勒展开，得: 4.如权利要求1所述的基于稀疏重构的网格外目标波达方向估计方法，其特征在于，所述估计步骤的详细步骤是: 设方向偏差矢量S为某一个固定值，采用联合稀疏重构的方法基于如下优化准则对最优稀疏信号进行求解: 【文档编号】G01S3/00GK103941220SQ201410169416【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日 【专利技术者】段惠萍, 王艳艳 申请人:电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稀疏重构的网格外目标波达方向估计方法，包括：准备步骤：通过对空间区域的角度进行网格划分，形成两组角度成平移等差关系的子字典，依据字典平滑的思想，用网格上角度对应的导向矢量以线性组合的方式表示非网格角度上的导向矢量，建立一个基于字典平滑的网格不匹配模型；估计步骤：基于网格不匹配模型，通过交替迭代的过程实现信号波达方向的估计和方向偏差的补偿：在求解信号的波达方向时，用联合稀疏重构的方法求解稀疏信号，用最小二乘的方法求解方向偏差，求解稀疏信号和求解方向偏差的过程交替迭代直至收敛，最后将稀疏信号的非零行位置映射到角度空间并根据方向偏差进行补偿得到估计的信号波达方向。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段惠萍，王艳艳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51