华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2020, Vol. 48 ›› Issue (5): 75-81,91.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.190643

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基于改进 2D-ESPRIT 算法的二维 GTD 模型参数估计

张小宽1 郑舒予2 赵唯辰3 宗彬锋1 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;3. 吉林财经大学,吉林 长春 130022
  • 收稿日期:2019-09-23 修回日期:2019-12-26 出版日期:2020-05-25 发布日期:2020-05-01
  • 通信作者: 张小宽(1973-),男,教授,主要从事目标RCS尖峰特性分析和目标探测与识别等研究。 E-mail:1846372244@qq.com
  • 作者简介:张小宽(1973-),男,教授,主要从事目标RCS尖峰特性分析和目标探测与识别等研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目 (61372033)

Parameter Estimation of 2D-GTD Model Based on the Improved 2D-ESPRIT Algorithm 

ZHANG Xiaokuan1 ZHENG Shuyu2 ZHAO Weichen3 ZONG Binfeng1 LI Jiang2   

  1. 1. Air and Missile Defense College,Air Force Engineering University,Xi'an 710051,Shaanxi,China;2. Graduate School,Air Force Engineering University,Xi'an 710051,Shaanxi,China;3. Jilin University of Finance and Economics,Changchun 130022,Jilin,China
  • Received:2019-09-23 Revised:2019-12-26 Online:2020-05-25 Published:2020-05-01
  • Contact: 张小宽(1973-),男,教授,主要从事目标RCS尖峰特性分析和目标探测与识别等研究。 E-mail:1846372244@qq.com
  • About author:张小宽(1973-),男,教授,主要从事目标RCS尖峰特性分析和目标探测与识别等研究。
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China (61372033)

摘要: 针对经典 2D-ESPRIT 算法在估计基于几何绕射理论的二维 GTD 模型参数时受噪声影响较大这一问题,提出了一种改进的 2D-ESPRIT 算法,有效提高了算法的抗噪性能与参数估计性能。改进算法在经典 2D-ESPRIT 算法的基础上,首先通过构建交换矩阵,得到含有原始数据Ee 共轭信息的另一矩阵Y; 其次在通过自相关与互相关处理、叠加取平均,得到新的协方差矩阵R; 最后对协方差矩阵解算,估计得到二维 GTD 模型各参数值。仿真实验表明,改进 2D-ESPRIT 算法抗噪性能要优于经典 2D-ESPRIT 算法,在信噪比较低的情况下,改进 2D-ESPRIT 算法估计得到的模型参数精度更高,性能更稳定。文中还针对其他因素 (如矩阵束参数及配对标量 β 值) 对模型参数估计精度的影响进行了探究,为后续仿真实验提供了参考。

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

Abstract: The classical 2D-ESPRIT algorithm is sensitive to signal-to-noise-ratio (SNR) when estimating the pa-rameters of two dimensional (2D) geometric theory of diffraction (GTD) model. To solve the problem,an im-proved 2D-ESPRIT algorithm,which improves the anti-noise performance and parameter estimation performance ef-fectively,was proposed. Firstly,the improved algorithm obtains a new matrix Y containing the conjugate informa-tion of the original matrix Ee by constructing an exchange matrix. Secondly,a new covariance matrix R can be ob-tained by auto-correlation,cross correlation,superposition and average processing. Finally,the parameters of 2D-GTD model can be estimated by calculating the new covariance matrix R. Simulation results show that the im-proved 2D-ESPRIT algorithm has a better anti-noise performance,and it owns higher estimation precision and more stable performance than the classical 2D-ESPRIT algorithm accurately in the case of low signal-to-noise ratio. The impact of other factors,such as matrix pencil parameters and paring variable β,on parameter estimation precision
was also studied,which can be provide references for future simulations.

Key words: parameter estimation, scattering center, 2D-GTD model, improved 2D-ESPRIT algorithm, conju-gate matrix