基于稀疏表示的目標角度距離聯合估計方法
【專利摘要】本發明公開一種基于稀疏表示的目標角度-距離聯合估計方法，主要解決現有技術計算量大的問題。其技術方案是：1.對陣元接收信號進行離散化，構造接收信號矩陣；2.將探測區域的角度范圍與距離范圍分別進行等間隔劃分，構造基于角度的稀疏基和基于距離的稀疏基；3.根據接收信號矩陣、基于角度的稀疏基和基于距離的稀疏基，建立稀疏優化模型，并用二維交替優化的方法對稀疏優化模型進行求解，得到最終優化解；4.通過對最終優化解的峰值搜索，得到目標的角度與距離。本發明具有計算量小和估計精確的優點，可用于雷達、聲吶中的目標探測。
【專利說明】基于稀疏表示的目標角度距離聯合估計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于信號處理【技術領域】，特別涉及一種目標估計方法，可以用于雷達、聲吶中的目標探測。
【背景技術】
[0002]相控陣是利用電磁波的相干原理，通過計算機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，可實現回波數據的實時更新，因此獲得了廣泛的關注。其中利用相控陣進行目標位置估計是相控陣應用的一個主要方面。
[0003]目前，目標位置的估計方法已有很多，例如多重信號分類MUSIC方法、旋轉不變技術估計信號參數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矩陣進行特征值分解，然后利用信號子空間和噪聲子空間之間的正交關系來估計目標的位置。例如，孫洪亮的碩士論文“近場源參數聯合估計算法仿真研究”，就是用MUSIC方法進行目標位置的估計，這種方法的最大不足是分辨率不高。
[0005]旋轉不變技術估計信號參數ESPRIT方法，是利用兩個對稱子陣自相關和互相關矩陣的廣義特征值進行目標位置的估計。例如，張群飛，保錚，黃建國的論文“一種水下多目標方位、頻率、距離聯合估計新方法”(電子學報，Vol.32N0.9Sep.2004)，就是用ESPRIT方法進行目標位置的估計，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位置估計方法，是將探測區域進行網格化，利用目標在網格化探測區域中具有稀疏性的假設，將目標位置估計問題轉化成目標具有稀疏性假設的優化求解問題。例如，王鵬的碩士論文“陣列天線雷達的目標方位距離聯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化模型中，目標的角度距離雙參量是構造在一個稀疏域里，若網格劃分過密，會導致該稀疏域維數巨大，使得優化求解的計算量很大，工程應用比較困難。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種基于稀疏表示的目標角度距離聯合估計的方法，以減少求解計算量，便于實現工程應用。
[0008]本發明的思路是:將角度距離雙參量稀疏基的聯合構造轉變為各參量對應的稀疏基級聯。其實現步驟包括如下:
[0009](I)將探測區域進行離散化，即將距離范圍rmin?rmax和角度范圍Θ min?Θ _分別進行等間隔劃分，共得到G個距離單元rg和Q個角度單元Θ q:
【權利要求】
1.一種基于稀疏表示的目標角度距離聯合估計方法，包括如下步驟: (1)將探測區域進行離散化，即將距離范圍rmin~rmax和角度范圍Qmin~θ_分別進行等間隔劃分，共得到G個距離單元rg和Q個角度單元Θ q:
2.根據權利要求1所述的基于稀疏表示的目標角度距離聯合估計方法，其中所述步驟(4)中根據Q個角度單元Θ q和G個距離單元rg，構造基于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，按如下公式進行:
3.根據權利要求1所述的基于稀疏表示的目標角度距離聯合估計方法，其中所述步驟(5)中采用二維交替優化的方法，求解優化式，得到目標角度距離二維譜矩陣A，按如下步驟進行: (5a)設置角度距離二維譜矩陣A的初值Atl、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對應的懲罰因子P1X),初始化與第二個拉格朗日乘子人2對應的懲罰因子β2>0，初始化與第一個拉格朗日乘子A1對應的步長O < Y1 < 1.618，初始化與第二個拉格朗日乘子A2對應的步長O < Y2 < 1.618，循環迭代次數k = I ; (5b)循環執行以下步驟: (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Alri對應的對角矩陣O1:
4.根據權利要求1所述的基于稀疏表示的目標角度距離聯合估計方法，其中所述步驟(6)中采用閾值比較法，得到目標的距離位置a與角度位置b，按如下步驟進行: (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 優先權日:2014年5月29日
【發明者】趙光輝, 李炳薩, 劉自成, 石光明 申請人:西安電子科技大學