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基于局部搜索OMP的网格失配STAP算法

系统工程与电子技术 2018年第6期40卷 1221-1226页

作者：李志汇张永顺高乾郭艺夺王强刘洋空军工程大学防空反导学院陕西西安710051 信息感知技术协同创新中心陕西西安710077 空军通信士官学校辽宁大连116600

针对稀疏恢复空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)存在网格失配时,造成稀疏恢复STAP的性能下降这一问题,提出一种基于局部搜索正交匹配追踪算法。该算法首先从全局STAP完备字典中选择与杂波相匹配的全局网格点;然后以... 详细信息

针对稀疏恢复空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)存在网格失配时,造成稀疏恢复STAP的性能下降这一问题,提出一种基于局部搜索正交匹配追踪算法。该算法首先从全局STAP完备字典中选择与杂波相匹配的全局网格点;然后以选出的全局网格点为中心,以全局完备STAP字典的空时频率间隔为区域,构建局部STAP字典,并从中选择与杂波最匹配的局部网格点;最后得到杂波的角度-多普勒像和修正的STAP字典。仿真结果表明,所提的算法能够选择与真实杂波脊相匹配的网格点,从而提高了稀疏恢复STAP技术的性能。

关键词：空时自适应处理稀疏恢复网格失配局部搜索正交匹配追踪

网格失配下的大规模MIMO系统角度估计算法研究

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网格失配下的大规模MIMO系统角度估计算法研究

作者：岳佳男哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）系统具有发射功率小,波束宽度窄,角度分辨率高等优势,自提出以来就得到广泛关注。为了在接收端正确的恢复出原始信号,需要获取精确的信道状态信息。信道估计主要包括对发射角... 详细信息

大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）系统具有发射功率小,波束宽度窄,角度分辨率高等优势,自提出以来就得到广泛关注。为了在接收端正确的恢复出原始信号,需要获取精确的信道状态信息。信道估计主要包括对发射角,接收角和衰落系数的估计。现有的一些角度估计算法通常假设真实角度在人为划分的网格点上,一旦角度偏离网格,估计精度将大大下降,因此研究网格失配下的大规模MIMO系统角度估计算法具有重要的意义。本课题为了解决网格失配问题,提高算法在低信噪比下的角度估计性能,提出相应改进算法,具体研究内容如下:首先,总结了国内外角度估计算法的研究现状,介绍了大规模MIMO系统的结构,均匀线阵条件下的信道建模以及接收信号模型。在此基础上,分析了基于子空间和压缩感知技术的角度估计算法,并对两种算法的性能进行了仿真验证。然后,从算法的估计精度考虑,提出两种基于泰勒展开的网格补偿算法。针对天线数较多的情况,提出一种基于离散傅里叶变换和一阶泰勒展开的快速网格补偿算法。该算法首先设计预编码矩阵为离散傅里叶变换矩阵,估计出粗网格点上的初始角度。接着将导向矢量一阶泰勒展开,利用信号子空间和噪声子空间的正交关系构建目标函数,求取网格偏差。该算法运行时间短,处理速度快,但是当天线数较少时频谱泄漏较为严重,会影响算法的收敛性和估计精度。为了进一步提高系统精度和鲁棒性,提出一种基于多重信号分类和二阶泰勒展开的高精度网格补偿算法。该算法首先利用多重信号分类算法估计初始角度,接着将导向矢量二阶泰勒展开,通过构建和发射角,接收角网格偏差有关的联合目标函数,补偿网格偏差。与基于离散傅里叶变换和一阶泰勒展开算法相比可以实现更高精度的角度估计,且不存在频谱泄漏问题。但是当天线数较多时,该算法二维谱峰搜索求取初始发射角和接收角的运行时间较长。仿真实验与分析验证了所提两种算法的有效性。最后,为了提高低信噪比下算法性能,提出一种基于原子范数的无网格化角度估计算法。首先利用改进的多测量向量原子范数重构出含有噪声较少的信道矩阵,接着引入改进的降维酉旋转不变角度估计算法,降低了特征值分解的复杂度。所提算法实现了无网格化的角度估计,同时在低信噪比下估计精度更高。理论分析与仿真结果证明了所提算法的性能。

关键词：大规模MIMO系统角度估计网格失配泰勒展开原子范数

基于压缩感知的分布式MIMO成像雷达网格失配问题研究

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现代雷达 2015年第12期37卷 49-53页

作者：张海龙陆广华于慧王东进中国科学技术大学中国科学院电磁空间信息重点实验室合肥230027

在基于压缩感知的分布式多输入多输出(MIMO)成像雷达系统中,若成像目标不在事先划分的网格点上,即存在网格失配(Off-Grid)偏差时,成像结果将急剧恶化,文中针对该问题,分别在Off-Grid偏差一阶和二阶近似下提出了行之有效的解决方法。文... 详细信息

在基于压缩感知的分布式多输入多输出(MIMO)成像雷达系统中,若成像目标不在事先划分的网格点上,即存在网格失配(Off-Grid)偏差时,成像结果将急剧恶化,文中针对该问题,分别在Off-Grid偏差一阶和二阶近似下提出了行之有效的解决方法。文中首先建立了系统存在Off-Grid偏差时的回波模型,在理想划分网格点的基础上,将Off-Grid偏差看作未知数,分别进行一阶和二阶Taylor展开,建立扰动模型,分析Off-Grid偏差对成像结果的影响,最后给出了一种采用欠定系统局灶解法(FOCUSS)和约束总体最小二乘(CTLS)方法联合估计目标位置和散射系数的算法。与传统的基于压缩感知的成像方法相比,文中所提出的算法能够很好地解决网格失配问题,提高目标的反演精度。计算机仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：分布式多输入多输出雷达压缩感知网格失配欠定系统局灶解法约束总体最小二乘

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基于网格失配的双基地ISAR成像技术

基于网格失配的双基地ISAR成像技术

作者：杨梦君电子科技大学

学位级别：硕士

基于压缩感知的双基地逆合成孔径雷达(ISAR)成像可以通过少量的观测数据以很高的概率重构高分辨图像,成为了近年来的研究热点。传统的压缩感知均假定目标在事先规划好的网格上,然而当实际目标偏离网格点时(即出现网格失配现象),重构性... 详细信息

基于压缩感知的双基地逆合成孔径雷达(ISAR)成像可以通过少量的观测数据以很高的概率重构高分辨图像,成为了近年来的研究热点。传统的压缩感知均假定目标在事先规划好的网格上,然而当实际目标偏离网格点时(即出现网格失配现象),重构性能会急剧下降,导致成像分辨率降低。针对上述问题,本文引入网格失配误差,在对压缩感知的Bi-ISAR成像深入研究的基础上,提出了解决网络失配问题的新算法。主要工作概括如下:1.基于压缩感知原理,利用分维处理方法,对Bi-ISAR的距离维和方位维回波信号进行恢复重构,实现了基于压缩感知的Bi-ISAR成像。基于Bi-ISAR的几何结构,构建了Bi-ISAR回波信号模型;利用压缩感知理论,在距离维使用具有保相性的稀疏基恢复出距离像,在方位维,直接使用标准的傅里叶稀疏基恢复出方位像,从而实现Bi-ISAR距离-方位二维图像。仿真结果验证了本文研究的Bi-ISAR成像算法的正确性。2.为了解决网格失配导致恢复性能急剧下降的问题,本文提出了基位移算法。通过多次移动稀疏基(每次移动的大小和移动的总间距控制在一个网格间距内)达到细分网格的效果,从而降低网格失配误差。在改善网格失配带来的重构性能的下降的同时又不会增大重建矩阵的互相关性,避免了细分网格对信号重构带来的缺陷。最终仿真结果验证了本文所提的基于基位移算法的Bi-ISAR成像的有效性。3.为了解决加密网格带来的矩阵互相关性增大的问题,本文将BOMP算法引入到Bi-ISAR成像中去,提出了一种改进的BOMP算法的Bi-ISAR成像算法。该算法在细分网格的同时抑制已选中的列原子的互相关带,解决细分网格使得矩阵互相关性增强的问题,改善网格失配时Bi-ISAR成像性能下降的问题。考虑到在实现时,测量信号在稀疏基上的稀疏度不易求解,本文将迭代终止条件修改为基于门限检测的终止的问题,即将残余信号的二范数与提前设好的阈值进行比较,超过门限则终止迭代。仿真结果验证了基于改进BOMP算法的Bi-ISAR成像的有效性。本文的研究成果将为我国空间监测、导航制导、国土防空等领域的安全、可靠的高分辨成像提供新的理论依据。

关键词：网格失配 Bi-ISAR成像 CS 基位移算法改进BOMP算法

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基于稀疏恢复的双基地机载雷达杂波抑制方法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 517-525页

作者：王安安谢文冲王永良空军预警学院雷达兵器运用工程重点实验室湖北武汉430019

基于杂波谱稀疏恢复(sparse recovery,SR)的空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)技术对训练样本个数要求低,适用于杂波非均匀环境。然而在双基地配置下,杂波脊不落在均匀网格点上,这将造成网格失配,严重影响SR-STAP方... 详细信息

基于杂波谱稀疏恢复(sparse recovery,SR)的空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)技术对训练样本个数要求低,适用于杂波非均匀环境。然而在双基地配置下,杂波脊不落在均匀网格点上,这将造成网格失配,严重影响SR-STAP方法性能。针对双基地机载雷达杂波的网格失配问题,提出了一种利用杂波脊先验信息划分非均匀网格的SR-STAP方法,所提方法首先由导航系统或参数估计方法获得待检测单元的杂波空时轨迹,然后根据杂波空时轨迹和均匀划分的空间频率确定初始归一化多普勒频率集合,接着根据可调参数更新归一化多普勒频率集合,最后构造对应的非均匀字典。所提方法可适用于任意双基地配置情况。仿真结果表明,应用非均匀字典的SR-STAP方法的杂波抑制性能较传统均匀字典有较大提升,并能在非理想条件下表现稳健。

关键词：双基地机载雷达杂波抑制稀疏恢复网格失配

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基于原子范数最小化的步进频率ISAR一维高分辨距离成像方法

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电子与信息学报 2021年第8期43卷 2267-2275页

作者：吕明久陈文峰徐芳赵欣杨军空军预警学院武汉430019

针对传统离散化压缩感知方法在网格失配条件下步进频率(SF)ISAR 1维距离成像估计性能下降的问题,该文提出一种基于原子范数最小化(ANM)的高分辨距离成像方法。首先,构建基于原子范数的无网格SF ISAR距离向稀疏表示模型,将1维距离成像问... 详细信息

针对传统离散化压缩感知方法在网格失配条件下步进频率(SF)ISAR 1维距离成像估计性能下降的问题,该文提出一种基于原子范数最小化(ANM)的高分辨距离成像方法。首先,构建基于原子范数的无网格SF ISAR距离向稀疏表示模型,将1维距离成像问题转化为原子系数以及频率估计问题。然后,利用原子范数半正定性质,将原子范数最小化问题转化为半正定规划问题,并基于交替方向乘子法实现快速求解。最后,利用Vandermonde分解得到最终的1维高分辨距离成像结果。由于避免了网格离散化处理,因此可以实现网格失配、低量测值条件下的高分辨距离成像,且保持了高的距离分辨能力。理论分析与仿真实验验证了所提方法的有效性。

关键词：逆合成孔径雷达原子范数高分辨距离像步进频率信号连续压缩感知网格失配

基于原子范数最小化的极化敏感阵列DOA估计

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电子学报 2023年第4期51卷 835-842页

作者：陈涛李敏行郭立民申梦雨哈尔滨工程大学信息与通信工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了提高极化敏感阵列中压缩感知类波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计算法的精度,避免网格失配问题,本文使用正交偶极子阵列在原子范数最小化(Atomic Norm Minimization,ANM)的理论基础上提出一种无网格波达方向估计算法.首先,将... 详细信息

为了提高极化敏感阵列中压缩感知类波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计算法的精度,避免网格失配问题,本文使用正交偶极子阵列在原子范数最小化(Atomic Norm Minimization,ANM)的理论基础上提出一种无网格波达方向估计算法.首先,将一维正交偶极子天线接收到的多快拍信号分解为两个子阵再求和,然后通过解决半正定规划问题恢复出一个含有入射信源信息的半正定Toeplitz矩阵,继而对该矩阵进行Vandermonde分解,恢复入射信源的DOA信息.同时结合协方差矩阵的向量化结果和最小二乘法计算得到入射信源的极化辅助角和极化相位角信息.通过仿真实验,在不同快拍数和信噪比下,对比子空间类算法和压缩感知类算法,证明了该算法具有较高的测角精度.

关键词：波达方向估计正交偶极子阵列网格失配原子范数最小化

基于通道压缩的原子范数最小化DOA估计算法

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仪器仪表学报 2022年第4期43卷 246-253页

作者：陈涛申梦雨史林杨健哈尔滨工程大学信息与通信工程学院哈尔滨150001 北京遥感设备研究所北京100854

针对波达方向(DOA)估计算法的精度以及分辨率受通道数目影响的问题,本文提出了基于通道压缩的原子范数最小化(CC-ANM)无网格DOA估计算法。该算法首先对通道数进行压缩,然后对压缩之后数据的协方差矩阵进行特征值分解,利用分解得到的特... 详细信息

针对波达方向(DOA)估计算法的精度以及分辨率受通道数目影响的问题,本文提出了基于通道压缩的原子范数最小化(CC-ANM)无网格DOA估计算法。该算法首先对通道数进行压缩,然后对压缩之后数据的协方差矩阵进行特征值分解,利用分解得到的特征值和特征向量构建新的观测向量,以此来构建单快拍模型下的ANM问题,最后根据半正定规划问题的最优解建立Toeplitz矩阵,通过其Vandermonde分解获得信号DOA参数的估计结果。仿真实验验证了CC-ANM算法在阵元数为20,压缩率为2,信噪比为20 dB,快拍数为200时,估计精度可以达到0.1°以下。对于角度间隔2°以上的信号可以达到100%的测量。对仪器接收入射角度为0°实测数据进行测试,该算法估计精度在0.3°以下,要优于同等条件下的压缩感知类算法。

关键词：原子范数最小化半正定规划无网格DOA估计算法通道压缩网格失配

基于多特显点的无人机分布式相参雷达相位同步误差估计方法

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系统工程与电子技术 2020年第4期42卷 781-791页

作者：刘晓瑜吴建新王彤陈金铭西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar,DCAR)实现全相参的关键是相位同步。然而,滤波器网格失配、单元雷达较强机动性及姿态变化等因素均会对DCAR的相位同步带来不利影响,为此,针对DCAR的相位同步问题,该文提出了一种基... 详细信息

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar,DCAR)实现全相参的关键是相位同步。然而,滤波器网格失配、单元雷达较强机动性及姿态变化等因素均会对DCAR的相位同步带来不利影响,为此,针对DCAR的相位同步问题,该文提出了一种基于多特显点的无人机DCAR相位同步误差估计方法。该方法首先提出了利用多项式迭代方法消除由于滤波器网格失配引进的残余相位,并根据惯导提供的姿态信息对DCAR回波进行姿态补偿,然后提出了利用Taylor估计法对各单元雷达位置误差进行估计,再根据自校正算法估计出了剩余相位误差,最后对DCAR系统校准以实现相位同步。仿真实验验证了研究结论的正确性。

关键词：分布式相参雷达相位同步网格失配多项式迭代 Taylor估计位置误差