系统工程与电子技术 ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (6): 1283-1289.doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2020.06.11

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二维GTD模型参数估计的PQ-FB-2D-ESPRIT算法

郑舒予1,2(), 张小宽1(), 宗彬锋1(), 徐嘉华2(), 李江2()   

  1. 1. 空军工程大学防空反导学院, 陕西 西安710051
    2. 空军工程大学研究生院, 陕西 西安 710051
  • 收稿日期:2019-09-05 出版日期:2020-06-01 发布日期:2020-06-01
  • 作者简介:郑舒予(1996-),男,硕士研究生,主要研究方向为雷达信号处理、雷达目标探测与识别。E-mail:1846372244@qq.com|张小宽(1973-),男,教授,硕士研究生导师,博士后,主要研究方向为雷达目标探测与识别。E-mail:2065816439@qq.com|宗彬锋(1989-),男,博士,主要研究方向为天线与电磁波传输。E-mail:zongbinfeng@sina.com|徐嘉华(1997-),男,硕士研究生,主要研究方向为目标探测与识别。E-mail:1019790242@qq.com|李江(1995-),男,硕士研究生,主要研究方向为雷达目标探测与识别。E-mail:10311065052@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(61701528);目标与环境电磁散射辐射国防科技重点实验室创新基金(STES201401-1)

PQ-FB-2D-ESPRIT algorithm for parameter estimation of 2D-GTD model

Shuyu ZHENG1,2(), Xiaokuan ZHANG1(), Binfeng ZONG1(), Jiahua XU2(), Jiang LI2()   

  1. 1. Air and Missile Defense College of Air Force Engineering University, Xi'an 710051, China
    2. The graduate school of Air Force Engineering University, Xi'an 710051, China
  • Received:2019-09-05 Online:2020-06-01 Published:2020-06-01
  • Supported by:
    国家自然科学基金(61701528);目标与环境电磁散射辐射国防科技重点实验室创新基金(STES201401-1)

摘要:

二维基于旋转不变技术信号参数估计(2D-estimating signal parameter via rotational invariance techniques, 2D-ESPRIT)算法是估计几何绕射理论(geometric theory of diffraction, GTD)模型参数的一种经典算法,但在信噪比较低的条件下, 2D-ESPRIT算法的参数估计精度明显下降,噪声鲁棒性较差。针对这一问题,提出一种极化平方前后向平滑2D-ESPRIT(polarized-quadratic-forward-backward 2D-ESPRIT, PQ-FB-2D-ESPRIT)算法,有效地提高了算法的噪声鲁棒性与参数估计性能。改进算法利用目标散射回波数据的极化信息,并通过对协方差矩阵平方处理和前后向空间平滑处理,提高了算法的参数估计性能与数据利用率,同时达到了去相关的效果。仿真结果表明,提出的PQ-FB-2D-ESPRIT算法的参数估计性能及噪声鲁棒性要优于经典2D-ESPRIT算法、前后向平滑2D-ESPRIT(forward-backward 2D-ESPRIT, FB-2D-ESPRIT)算法及平方FB-2D-ESPRIT(quadratic-FB-2D-ESPRIT, Q-FB-2D-ESPRIT)算法。基于不同算法估计得到的GTD模型参数对散射中心的定位精度进行比较,进一步验证了改进算法的优越性与有效性。

关键词: 参数估计, 散射中心, 二维GTD模型, 2D-ESPRIT算法, 共轭矩阵

Abstract:

2D-estimating signal parameter via rotational invariance techniques (2D-ESPRIT) is a classical algorithm to estimate parameters of the two dimensional (2D) geometric theory of diffraction (GTD) model. However, the parameter estimation accuracy and noise robustness of 2D-ESPRIT are poor as signal-to-noise ratio (SNR) decreases. To solve the problem, a polarized-quadratic-forward-backward-2D-ESPRIT (PQ-FB-2D-ESPRIT) algorithm is proposed, which improves noise robustness and parameter estimation performance effectively. The improved algorithm makes full use of the polarization information of radar targets, squares the covariance matrix and performs forward-backward smoothing on the novel covariance matrix. Therefore, the parameter estimation performance and data utilization are improved significantly by this improved algorithm. Simulation experiments verify that the proposed PQ-FB-2D-ESPRIT algorithm has a better noise robustness and more stable parameter estimation performance than the classical 2D-ESPRIT algorithm, forward-backward-2D-ESPRIT (FB-2D-ESPRIT) algorithm and quadratic-FB-2D-ESPRIT (Q-FB-2D-ESPRIT) algorithm. Based on the GTD model parameters estimated by different algorithms, the positioning accuracies of scattering centers are compared, which can validate the superiorty and effectiveness of the proposed algorithm.

Key words: parameter estimation, scattering center, 2D-geometric theory of diffraction (2D-GTD) model, 2D-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques (2D-ESPRIT) algorithm, conjugate matrix

中图分类号: