基于稀疏表示的目標(biāo)角度距離聯(lián)合估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于稀疏表示的目標(biāo)角度-距離聯(lián)合估計方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)計算量大的問題。其技術(shù)方案是：1.對陣元接收信號進(jìn)行離散化，構(gòu)造接收信號矩陣；2.將探測區(qū)域的角度范圍與距離范圍分別進(jìn)行等間隔劃分，構(gòu)造基于角度的稀疏基和基于距離的稀疏基；3.根據(jù)接收信號矩陣、基于角度的稀疏基和基于距離的稀疏基，建立稀疏優(yōu)化模型，并用二維交替優(yōu)化的方法對稀疏優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到最終優(yōu)化解；4.通過對最終優(yōu)化解的峰值搜索，得到目標(biāo)的角度與距離。本發(fā)明具有計算量小和估計精確的優(yōu)點(diǎn)，可用于雷達(dá)、聲吶中的目標(biāo)探測。
【專利說明】基于稀疏表示的目標(biāo)角度距離聯(lián)合估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種目標(biāo)估計方法，可以用于雷達(dá)、聲吶中的目標(biāo)探測。
【背景技術(shù)】
[0002]相控陣是利用電磁波的相干原理，通過計算機(jī)控制饋往各輻射陣元電流的相位，從而改變波束方向的陣列天線。相控陣采用電子掃描方式，可實(shí)現(xiàn)回波數(shù)據(jù)的實(shí)時更新，因此獲得了廣泛的關(guān)注。其中利用相控陣進(jìn)行目標(biāo)位置估計是相控陣應(yīng)用的一個主要方面。
[0003]目前，目標(biāo)位置的估計方法已有很多，例如多重信號分類MUSIC方法、旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計信號參數(shù)ESPRIT方法、基于稀疏表示的方法等，其中:
[0004]多重信號分類MUSIC方法，是將陣列接收信號的自相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值分解，然后利用信號子空間和噪聲子空間之間的正交關(guān)系來估計目標(biāo)的位置。例如，孫洪亮的碩士論文“近場源參數(shù)聯(lián)合估計算法仿真研究”，就是用MUSIC方法進(jìn)行目標(biāo)位置的估計，這種方法的最大不足是分辨率不高。
[0005]旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計信號參數(shù)ESPRIT方法，是利用兩個對稱子陣自相關(guān)和互相關(guān)矩陣的廣義特征值進(jìn)行目標(biāo)位置的估計。例如，張群飛，保錚，黃建國的論文“一種水下多目標(biāo)方位、頻率、距離聯(lián)合估計新方法”(電子學(xué)報，Vol.32N0.9Sep.2004)，就是用ESPRIT方法進(jìn)行目標(biāo)位置的估計，這種方法的最大不足是在噪聲較大的情況下，該方法的精度不是很聞。
[0006]基于稀疏表示的目標(biāo)位置估計方法，是將探測區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，利用目標(biāo)在網(wǎng)格化探測區(qū)域中具有稀疏性的假設(shè)，將目標(biāo)位置估計問題轉(zhuǎn)化成目標(biāo)具有稀疏性假設(shè)的優(yōu)化求解問題。例如，王鵬的碩士論文“陣列天線雷達(dá)的目標(biāo)方位距離聯(lián)合估計和高分辨成像”，就是一種基于稀疏表示的方法，這種方法的最大不足是在稀疏優(yōu)化模型中，目標(biāo)的角度距離雙參量是構(gòu)造在一個稀疏域里，若網(wǎng)格劃分過密，會導(dǎo)致該稀疏域維數(shù)巨大，使得優(yōu)化求解的計算量很大，工程應(yīng)用比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于稀疏表示的目標(biāo)角度距離聯(lián)合估計的方法，以減少求解計算量，便于實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的思路是:將角度距離雙參量稀疏基的聯(lián)合構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)楦鲄⒘繉?yīng)的稀疏基級聯(lián)。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下:
[0009](I)將探測區(qū)域進(jìn)行離散化，即將距離范圍rmin?rmax和角度范圍Θ min?Θ _分別進(jìn)行等間隔劃分，共得到G個距離單元rg和Q個角度單元Θ q:
【權(quán)利要求】
1.一種基于稀疏表示的目標(biāo)角度距離聯(lián)合估計方法，包括如下步驟: (1)將探測區(qū)域進(jìn)行離散化，即將距離范圍rmin~rmax和角度范圍Qmin~θ_分別進(jìn)行等間隔劃分，共得到G個距離單元rg和Q個角度單元Θ q:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏表示的目標(biāo)角度距離聯(lián)合估計方法，其中所述步驟(4)中根據(jù)Q個角度單元Θ q和G個距離單元rg，構(gòu)造基于Q個角度單元的稀疏基Φ和基于G個距離單元的稀疏基Ψ，按如下公式進(jìn)行:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏表示的目標(biāo)角度距離聯(lián)合估計方法，其中所述步驟(5)中采用二維交替優(yōu)化的方法，求解優(yōu)化式，得到目標(biāo)角度距離二維譜矩陣A，按如下步驟進(jìn)行: (5a)設(shè)置角度距離二維譜矩陣A的初值A(chǔ)tl、輔助矩陣Y的初值Ytl、兩個拉格朗日乘子A1和A2的初值為全I(xiàn)矩陣，輸入正則化因子λ，初始化與第一個拉格朗日乘子A1對應(yīng)的懲罰因子P1X),初始化與第二個拉格朗日乘子人2對應(yīng)的懲罰因子β2>0，初始化與第一個拉格朗日乘子A1對應(yīng)的步長O < Y1 < 1.618，初始化與第二個拉格朗日乘子A2對應(yīng)的步長O < Y2 < 1.618，循環(huán)迭代次數(shù)k = I ; (5b)循環(huán)執(zhí)行以下步驟: (5bl)按如下公式計算與角度距離二維譜矩陣A的第k-Ι次迭代值A(chǔ)lri對應(yīng)的對角矩陣O1:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏表示的目標(biāo)角度距離聯(lián)合估計方法，其中所述步驟(6)中采用閾值比較法，得到目標(biāo)的距離位置a與角度位置b，按如下步驟進(jìn)行: (6a)令向量]=[
【文檔編號】G01S7/00GK103983948SQ201410233655
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】趙光輝, 李炳薩, 劉自成, 石光明 申請人:西安電子科技大學(xué)