[发明专利]单次搜索宽带信号波达方向估计方法

说明书

技术领域

    本发明涉及通信、雷达领域中的信号波达方向估计，具体涉及单次搜索宽带信号的波达方向估计方法。

 

技术背景

在通信和雷达领域，对入射到阵列天线的电磁波信号进行波达方向（Direction Of Arrival，DOA）估计，具有重要意义。多重信号分类法（Multiple Signals Class，MUSIC）由于具有超分辨特性，计算量比最大似然法又小，所以是信号DOA估计的重要算法。传统的MUSIC算法只适合于窄带信号，而且在阵元间距为信号半个波长时，由于避免了栅瓣出现，同时阵列具有最大方向性系数，所以，此时估计精度最高。为了估计宽带信号的DOA，必须对传统窄带MUSIC算法做一定的改进。已有的一种改进方法是把宽带信号进行离散傅立叶变换，从而把宽带信号转换为多个窄带信号，并对每个窄带信号采用MUSIC算法，得到多组DOA估计结果，最后，把上述估计结果进行平均，完成宽带信号的DOA估计。该方法有两个缺点，一是由于子带个数较多，每个子带数据需要进行一次MUISC算法，运算量很大；二是由于每个窄带数据频率不同，阵元间距并不等于该频率对应波长的一半，所以估计存在较大误差。

 

发明内容

    本发明专利要解决的技术问题是，设计新的宽带信号DOA估计方法，克服已有宽带信号DOA估计方法中计算量大，估计误差大的不足。

解决所述问题的技术方案是单次搜索宽带信号DOA估计方法，本发明的实现步骤为：

1）在均匀线阵中，阵元个数为                                                ，阵元间距，对所接收宽带信号进行次采样，采样频率，获得个列矢量快拍，…, ，把，…, 分为第1组，构成维数据矩阵，把，…, 分为第2组，构成维数据矩阵，以此类推，所有快拍分为组，得到个维数据矩阵，，，…，；

2）在每个数据矩阵中，把每行元素进行离散傅立叶变换，得到个维的频域矩阵，，，…，；

3）把个频域矩阵的列数据，重新组合成个维的窄带矩阵，其中，窄带矩阵的第列数据为频域矩阵的第列数据，，，…，，，，…，；

4）根据阵元间距，计算频率，为光速，然后在1，2，…, 中，求得与最接近的正整数，符号表示取除法运算的余数；

5）根据，把视为窄带信号的数据矩阵，采用传统窄带MUSIC算法，完成信号波达方向估计。

本发明的有益效果是：新方法不仅实现了对宽带信号的DOA估计，而且，一方面由于新方法只在一个子带信号上进行一次MUSIC算法，计算量更小，另一方面，新方法中所选子带等效波长的一半等于阵元间距，估计更准确。

 

附图说明

图1 均匀线阵与入射信号关系示意图

图2 宽带信号DOA估计方法流程图

图3 宽带信号DOA估计方法的空间谱图

具体实施方法

本发明专利提供单次搜索宽带信号的DOA估计方法，相对于每个子带信号都进行MUSIC法估计的已有宽带信号DOA估计方法，该方法仅对一个子带信号进行MUSIC法估计，从而减少了运算量。通过合理选择子带信号，估计误差也有所减小。下面对本发明进一步进行详细描述。

图1为均匀线阵和入射信号关系示意图。图中，阵列由个相同的全向阵元构成，阵元间距为。空间具有个入射信号，，这些信号DOA分别为，，，…，，每个DOA位于区间。取第1个阵元位置为坐标原点，第个信号到达该点时为。阵列接收信号可以表示为列矢量，符号表示对矢量和矩阵求转置，其中第个阵元接收信号为，为第个阵元接收到的第个信号相对于原点信号的延时，为第阵元接收的噪声信号，，，…，。接收信号经过采样率为的ADC，得到数字信号，而每个采样矢量称为一个快拍。

图2为本发明的宽带信号DOA估计方法流程图，该方法可以分为五个步骤：

1）阵列以采样率对接收信号连续采样次，得到采样快拍，，…，。把相邻个快拍构成一个维数据矩阵，共个，其中，矩阵的第行第列元素记为，，，…，，，，…，，，，…，。

2）对每个数据矩阵的每行元素进行离散傅立叶变换，则数据矩阵转换为维频域矩阵，第行第列元素记为，，，…，，，，…，，，，…，。

3）把个频域矩阵的列数据，重新组合成个维的窄带矩阵，其中，，即窄带矩阵的第列数据为频域矩阵的第列数据，，，…，，，，…，。