基於空間平滑協方差矩陣稀疏表示的波達方向角估計方法
2023-05-12 18:10:01 1
基於空間平滑協方差矩陣稀疏表示的波達方向角估計方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於空間平滑協方差矩陣稀疏表示的波達方向角估計方法，主要解決現有技術運算量大，處理相干信號源性能差，造成無源定位估計誤差大的問題，其實現步驟是：1)採用天線接收機形成均勻線陣；2)採用空間平滑技術計算陣列輸出的空間平滑協方差矩陣；3)將空間平滑協方差矩陣矢量化，得到稀疏模型向量；4)將空域網格劃分，構造超完備基；5)根據稀疏模型向量和超完備基的稀疏表示關係，建立約束優化方程；6)採用凸優化方法求解約束優化方程得到最優估計；7)根據最優估計值繪製幅度譜圖，獲得波達方向角度值。本發明提高了無源測向的運算速度及低信噪比下對相干信號源的估計性能，可用於目標偵察和無源定位。
【專利說明】基於空間平滑協方差矩陣稀疏表示的波達方向角估計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於信號處理【技術領域】，特別涉及一種基於均勻線陣的波達方向角估計方法，可用於目標偵察與無源定位。 【背景技術】
[0002]波達方向角DOA估計是利用處於空間不同位置的天線陣列接收多個不同方向的信號源發出的信號，運用現代信號處理方法快速準確的估計出信號源的方向，在雷達、聲納、無線通信等領域具有重要應用價值。針對該問題的研究中，出現較早、應用較為廣泛的是多重信號分類MUSIC等基於子空間的模型，之後的大部分DOA估計算法都是利用該模型生成的。近年來，由Donoho等提出的壓縮感知理論為DOA估計問題提供了一種新思路，從而產生出一類基於稀疏表示模型的DOA估計算法。
[0003]目前，基於稀疏信號表示的DOA估計方法中最經典的是L1_SVD方法。L1_SVD方法利用陣列接收數據奇異值分解得到的信號子空間構造稀疏表示模型，然後通過二階錐規劃對LI範數約束模型進行求解。近年來又出現了基於陣列協方差向量稀疏表示的L1_SRACV算法，聯合稀疏逼近幾ZA算法等，但這些算法均運算量較大，且在低信噪比情況下，角度解析度不理想，對抗相干信號性能不強。而在實際應用中，目標偵察與無源定位均需要在角度估計的基礎上進行，以上算法中的缺陷將造成目標偵察和無源定位反應速度慢和估計誤差較大的不足。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於針對上述已有技術的不足，提出一種基於空間平滑協方差矩陣稀疏表示的波達方向角度估計方法，以在降低運算量的情況下，提高目標偵察和無源定位在低信噪比下的檢測成功率和對相干信號的估計能力，避免因角度估計誤差引起的目標偵
察失誤。
[0005]為實現上述目的，本發明的實現步驟包括如下:
[0006]I)採用M個天線接收機形成均勻線性陣列，並假設有K個信號入射到該均勻線性陣列，各天線接收機間距均為d，每個天線接收機稱為一個陣元，其中，M > 2，K > 1，0< d ^ λ/2, λ為入射窄帶信號波長；
[0007]2)利用均勻線性陣列的平移不變性，採用前後向空間平滑方法計算均勻線陣輸出的空間平滑協方差矩陣Rfb ；
[0008]3)根據空間平滑協方差矩陣Rfb構造稀疏模型向量y:
[0009]y = vec (Rfb),
[0010]其中，vec(.)表示向量化運算；
[0011]4)構造超完備基Φ並定義一個空域稀疏向量u:
[0012]4a)根據入射信號的空域稀疏特性，採用空間網格劃分方法，將觀測空域[-90° ,90° ]等間隔劃分成Q個區域，定義為波達方向角範圍Θ = [O1, θ2，…，，…，0Q]，q= 1，2，".，0，0>>Μ，構造一個信號稀疏化後對應的(2m_l)XQ維導向矩陣Β(θ):
[0013]Β(θ) = [b ( Θ J，…，b ( Θ q)，…，b ( Θ Q)]，
[0014]其中，b(0q)表不角度應的導向向量:
[0015]
【權利要求】
1.一種基於空間平滑協方差矩陣稀疏表示的波達方向角估計方法，包括以下步驟: 1)採用M個天線接收機形成均勻線性陣列，並假設有K個信號入射到該均勻線性陣列，各天線接收機間距均為d，每個天線接收機稱為一個陣元，其中，M≥2,K≥l,0>Μ，構造一個信號稀疏化後對應的(2m_l)XQ維導向矩陣Β(θ):B ( Θ ) = [b ( Θ J，…，b ( Θ q)，…，b ( Θ Q)]， 其中，b ( Θ q)表不角度Θ ^對應的導向向量:
2.根據權利要求1所述的基於空間平滑協方差矩陣稀疏表示的波達方向角估計方法，其中步驟2)所述的採用前後向空間平滑方法計算均勻線陣輸出的空間平滑協方差矩陣Rfb，按如下步驟進行: 2a)將整個均勻線陣劃分成相互交錯的P個子陣，每個子陣的陣元數為m，即以均勻線陣中第I個到第m個陣元構成第一個子陣，第2個到第m+1個陣元構成第二個子陣，以此類推，第P個陣元到第M個陣元構成最後一個子陣，將這P個子陣依次排列，稱為前向子陣，其中,Km≤M,P = M-m+1 ； 2b)計算前向平滑協方差矩陣Rf: 計算第i個前向子陣的協方差矩陣R
【文檔編號】G01S3/14GK104020439SQ201410280744
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】蔡晶晶, 鮑丹, 劉高高, 秦國棟, 武斌, 李鵬, 馮小平, 張銀平, 蔡輝 申請人:西安電子科技大學