基于空域滤波的二维全极化散射中心快速提取

发布时间：2019-09-27 03:41

【摘要】：在全极化逆合成孔径雷达(ISAR)体制下,二维相干极化几何绕射(CP-GTD)模型能够精确描述雷达目标高频电磁极化散射特性。针对CP-GTD模型,提出了一种基于空域滤波的二维全极化散射中心参数快速提取方法。该方法利用空域滤波将二维全极化散射中心参数提取问题分解为多个一维全极化散射中心提取问题,进而利用一维旋转不变技术(1D-ESPRIT)分步对全极化散射中心各维参数进行联合估计,最后利用最小二乘方法获得相干极化散射矩阵的估计。此外,采用这样的分步估计过程,可以实现二维参数的自动配对。复杂度分析和仿真实验表明:该方法不仅能够显著降低运算量,并且还能获得较好的估计精度,可以有效地用于目标全极化散射中心提取。
【图文】：

运算复杂度

Ｐ＝ｄ，此时总共需要运行２ｄ＋１次全极化１Ｄ－ＥＳＰＲＩＴ以及２ｄ次全极化空域滤波过程，本文方法所需的复乘运算次数为（２ｄ＋１）［４ＭＰ（Ｍ－Ｐ２＋１２）＋５Ｐ３］＋１６ｄＭ２。而２Ｄ－ＰＬ－ＥＳＰＲＩＴ所需的复乘运算约为８Ｐ２（Ｍ－Ｐ２）２＋５Ｐ６次［１３］。选取滑动窗口长度Ｐ＝Ｍ２≥ｄ，散射中心数目ｄ分别为１５、２５和４０，比较２种方法所需复乘运算量随采样点数Ｍ的变化，如图１所示。可见，与２Ｄ－ＰＬ－ＥＳＰＲＩＴ相比，本文方法显著地降低了计算的复杂度，这一点在采样点数较大时尤为明显。图１运算复杂度对比Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ３仿真实验及性能分析由于在文献［６］和文献［１２］中已经充分验证了全极化通道联合处理方法相对于单极化通道处理方法的优势。文献［１２］中还验证了２Ｄ－ＰＬ－ＥＳ－ＰＲＩＴ具有和２Ｄ－ＭＰ－ＭＵＳＩＣ方法相近的估计精度，且运算量更低。因此在本实验中仅对本文方法和全极化２Ｄ－ＰＬ－ＥＳＰＲＩＴ［１２］的估计性能做了比较分析。仿真１比较了２种方法对点目标的估计精度；仿真２验证了本文方法对于复杂目标的有效性。仿真１选取步进雷达的起始频率为９ＧＨｚ，工作带宽为４００ＭＨｚ，目标相对雷达转角为１．５°，，采样点数均为Ｍ＝Ｎ＝３２。根据表１所示散射中心参数生成目标回波，其中目标满足互易性，即Ａｈｖ，ｉ＝Ａｖｈ，ｉ。在仿真时，选取滑动窗口长度Ｐ＝

位置参数,均方根误差,散射中心

波的二维全极化散射中心快速提取２５３５表１散射中心参数Ｔａｂｌｅ１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｅｎｔｅｒｓＣａｎｉｓｔｅｒｎｕｍｂｅｒｘ／ｍｙ／ｍαＡｈｈＡｈｖＡｖｖ１－１．００－１．０４－１．００．７０７ｊ００．７０７２－１．０００００．５０００．５０００．５００３－０．９５１．００１．００．７５０ｊ０．４３３０．５００ｊ４１．００１．０８－０．５０．５００－０．５００ｊ－０．５００５１．０５－１．０００．５０．７０７００．７０７图２为在不同ＳＮＲ下，２种方法位置参数估计的平均均方根误差。从图２可以看出，本文方法对位置参数估计的性能略好于２Ｄ－ＰＬ－ＥＳ－ＰＲＩＴ。这是因为本文方法在空域滤波分组过程中，也对噪声产生了一定的抑制作用，从而提高的估计性能。这一优点在方位向位置估计中尤其明显，这是因为本文方法在对方位向位置进行估计时，还利用了前后向空间平滑技术，更加充分地利用了观测数据。图２位置参数估计的平均均方根误差比较Ｆｉｇ．２ＡＲＭＳＥｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｌｏｃａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ图３为在不同ＳＮＲ下，２种方法估计散射中心类型参数的平均正确率，当正确率为１００％时就表示所有散射中心类型参数全部估计正确。可以看出，本文方法对散射类型估计的平均正确率略高于２Ｄ－ＰＬ－ＥＳＰＲＩＴ，但是２种方法受带宽和噪声的影响都较大，只有在较高的ＳＮＲ下才能全部正确估计。图３类型参数估计的平均正确率比较Ｆｉｇ．３Ａｖｅｒａｇｅｃｏｒｒｅｃｔｒａｔｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｙｐｅｐａｒ
【作者单位】：南京航空航天大学电子信息工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(61371170) 江苏高校优势学科建设工程~~
【分类号】：TN958

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