一種基於共軛擴展的波達方向估計方法
2023-10-09 18:41:09 2
專利名稱：一種基於共軛擴展的波達方向估計方法
技術領域：
本發明涉及一種信號波達方向(DOA)估計技術，利用智能天線對無線接收信號的波達方向進行估計，從而可以為網絡定位、節點管理、商業服務與位置相關的信息服務提供技術支持。
背景技術：
陣列信號處理中的波達方向(DOA)估計在雷達、無線通信等領域有著廣泛的應用。其中，基於子空間的MUSIC算法對陣列信號的波達方向進行估計，開闢了陣列信號處理的新時代。該MUSIC算法是一種基於二階統計量的陣列信號處理方法，二階統計量的方法通常假定待估計的信號是高斯分布的，但是在實際應用中，信源產生的信號通常是非高斯分布的，使得估計的波達方向具有較大的誤差。其中，高階統計量是指高於二階的統計量， 它具有對任何形式的高斯過程的不可以有效地提取出信號的非高斯成份，最大程度地抑制高斯噪聲。因此，高階統計量常常被用來處理非高斯信號DOA估計問題。由於對稱分布的隨機信號的三階累積量為零，因而陣列測向中常用四階累積量。目前對于波達方向具有多種估計方法，中國專利CN1523372A公開了一種基於TD-SCDMA標準實現圓-角定位的來波方向估計方法，提出了一種虛擬線陣四階累量MUSIC算法以及虛擬線陣四階累量修正MUSIC算法，其計算步驟如下I)將基於TD-SCDMA無線定位陣元空間均勻圓陣轉換為模式空間虛擬均勻線陣；2)構成虛擬線陣採樣協方差矩陣；3)對上述協方差矩陣進行特徵值分解，求得協方差矩陣的特徵值，並計算與各特徵值對應的特徵向量，從而構成信號子空間和噪聲子空間；3)米樣 MDL (Minimum Description Length Criterion, MDL)方法估計信號源個數；4)計算噪聲子空間的投影矩陣，並估計MUSIC的功率譜；5)通過搜索MUSIC的功率譜的譜峰值，估計來波方向。該方法不僅能夠解決TD-SCDMA的圓陣智能天線的DOA估計問題,而且也能夠解決TD-SCDMA對相關信號源的DOA估計問題。但是，該方法難以估計出更多的信號到達方向，而且其對信號到達方向的估計精度和解析度也較低。為了提高DOA的估計精度和解析度，MUSIC-Iike算法利用陣列的輸出來構造四階累積量矩陣，並對該矩陣採用子空間方法進行方向估計。四階累積量在陣列信號處理中的應用，明確提出了四階累積量具有擴展陣列有效口徑的能力，解釋了陣列擴展的物理意義。由於該方法的陣元或虛擬陣元有限，因此其對信號波達方向的估計能力有限；而且，該方法的陣列有效口徑不足，導致該方法對信號方向的估計精度也較低。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的是要提供一種基於共軛擴展的波達方向估計方法，該方法能夠在有限的無線傳感器數目下，估計出更多的信號到達方向，提高信號到達方向精度和提高分辨力。為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下一種基於共軛擴展的波達方向估計方法，本方法首先對接收的陣列信號進行二階統計量處理，利用延遲自相關函數的性質得到導向矩陣的共扼矩陣，然後利用擴展矢量的延遲採樣構造出一個新的偽快拍矩陣，最後對這個矩陣用四階累積量的方法來估計信號的波達方向；該方法具體步驟為I)根據第m個天線陣列的輸出信號Xm(t)，利用延遲自相關的性質，按照公式
權利要求
1.一種基於共軛擴展的波達方向估計方法，其特徵在於，該方法首先對接收的陣列信號進行二階統計量處理，進行延遲採樣構造出一偽快拍矩陣，最後對該偽快拍矩陣用四階累積量的方法來估計信號的波達方向； 該方法具體步驟為 1)根據第m個天線陣列的輸出信號Xm(t)，利用延遲自相關的性質，按照公式
2.如權利要求I所述的一種基於共軛擴展的波達方向估計方法，其特徵在於，所述步驟4)中的導向矩陣5通過以下方式得到 設該方法的初始條件為信號數D，信號入射方向為0i(i = 1，2，"4)，陣元數為1其中一陣元的坐標為(am，bm),得到
3.如權利要求2所述的基於共軛擴展的波達方向估計方法，其特徵在於，所述信號數D，根據系統實際情況確定。
4.如權利要求I所述的基於共軛擴展的波達方向估計方法，其特徵在於，所述偽快拍數Np，根據系統實際情況確定。
全文摘要
本發明公開了一種基於共軛擴展的波達方向估計方法，該方法先計算接收信號之間的二階統計量，利用延遲自相關函數的性質得到導向矩陣的共扼矩陣，然後利用擴展矢量的延遲採樣構造出一個新的偽快拍矩陣，最後對這個矩陣用四階累積量的方法來估計信號的波達方向。通過陣列擴展的信號波達方向估計方法，本發明能夠大大增加估計的信號波達方向數目，並且能夠提高信號波達方向的估計精度。
文檔編號H04B7/08GK102694588SQ201210199310
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者劉方偉, 單志龍, 史景倫 申請人:華南師範大學