雷達成像近似二維模型及其超分辨算法
從式(12)可以看出:是Zk歸一化的二維離散傅里葉變換在{ωk,
k}處的值,所以只要得到估計值{
k,
k,
k,
k},即可通過2D-FFT獲得
k.
將估計值k代入式(11)后,估計值{
k,
k,
k,
k}可由下式尋優得到:
(13)
由上式可見,對于固定的{μk,vk}取值,估計值{k,
k}為歸一化的周期圖|aHM(ωk)Zkb*N(
k)|2/(MN)主峰處的二維頻率值.這樣,式(13)的優化問題歸結為:在(μk,vk)平面上可能的取值范圍內尋找一點{
k,
k},在該點處周期圖|aHM(ωk)Zkb*N(
k)|2/(MN)的主峰值比其余各點處的主峰值都大.所以,我們通過上述二維尋優獲得{μk,vk}的估計值{
k,
k},再由式(13)得到{ωk,
k}的估計值{
k,
k}.
實際中,為了加快運算速度,二維(μk,vk)平面的尋優可以用Matlab中的函數Fmin()實現.
在做了以上的準備工作以后,基于推廣的RELAX算法的參量估計步驟如下:
第一步:假設信號數K=1,分別利用式(13)和式(12)計算1.
第二步(2):假設信號數K=2,首先將第一步計算所得到的1代入式(8)求出Y2,再利用式(13)和式(12)計算
2;將計算的
2代入式(8)求出Y1,然后利用式(13)和式(12)重新計算
1,這個過程反復疊代,直至收斂.
第三步:假設信號數K=3,首先將第二步計算所得到的1和
2代入式(8)求出Y3,再利用式(13)和式(12)計算
3;將計算的
3和
2代入式(8)求出Y1,然后利用式(13)和式(12)重新計算
1;將計算的
1和
3代入式(8)求出Y2,然后利用式(13)和式(12)重新計算
2,這個過程反復疊代,直至收斂.
剩余步驟:令K=K+1,上述步驟持續進行,直到K等于待估計信號數.
上述過程中的收斂判據與RELAX算法的收斂判據相同,即比較代價函數C1在兩次疊代過程中的變化值,如果這個變換值小于某個值,如ε=10-3,則認為過程收斂.
四、數值模擬
1.算法參數估計性能模擬
模擬數據由式(5)產生,M=10,N=10,信號數K=2.信號參數和實驗條件如表1所示,為復高斯白噪聲.注意兩信號的頻率差小于FFT的分辨率Δf=Δω/(2π)=0.1.表1給出了信號參數估計均方根誤差的統計結果及相應情形時的C-R界,可見,估計均方根誤差與CR界十分接近.另外表中還給出了估計均值,與真實值也非常接近.
表1 二維信號的參數估計、CRB及與均方根差的比較
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