[发明专利]一种强干扰背景下的任意阵型微弱信号源角度估计方法

说明书

技术领域

本发明属阵列天线技术领域，具体涉及一种强干扰背景下的任意阵型微弱信号源角度估计方法。

背景技术

目前，基于阵列天线的微弱信号检测和参数估计方法正在被广泛的应用于雷达、通信、导航、声纳以及地震探测等诸多领域。阵列天线技术具有灵活的波束控制、高的信号增益、极强的抗干扰能力以及高的超分辨能力等优点，因而受到人们的极大关注。

强干扰和低信噪比环境都将直接影响微弱信号的检测和估计工作。特别是存在有强干扰的情况，信号相对于干扰很弱，微弱信号被强干扰淹没，无法准确检测出来。甚至，强干扰可能会作为期望信号而被错误检测出来，导致系统对微弱信号的波达方向（Direction of Arrival，DOA）估计精度受到很大影响。因此，在强干扰和低信噪比背景下，有效抑制干扰，获得微弱信号高精度角度信息，具有极为重要的研究意义。

国外的研究成果主要是以Jian Li等人为代表提出的RELAX（松弛算法）^[1，2]，其主要观点是用信号分离的方法使得包含多个信号的信息阵列输出数据分离成几个数据块，具体的一个数据块包含某一信号的信息，从阵列接收数据中减去干扰就可以达到抑制的目的。

国内针对此问题的研究则主要可以分为三类方法：第一类是使用改进的波束形成方法，在子阵上进行波束形成零陷以抗干扰的特征波束形成法，主要以柴立功^[3]、徐亮^[4]等人为代表，其中文献[3]要求干扰源个数和入射方向精确已知，然而在强弱信号并存时，估计信源是会有较大偏差；文献[4]则不需要已知干扰波达方向，且只需要做一次特征值分解，但其缺陷在于适用范围有限，只适用于一维均匀线阵。第二类是根据先验知识构造阻塞矩阵对干扰进行预处理的干扰阻塞法（JJM），主要以陈辉^[5]、王姝^[6]、苏成晓^[7]等人为代表,该方法能有效抑制掉空间确知方位强干扰的影响从而实现对微弱信号的正确估计，但是强干扰导向矢量估计误差会导致强干扰泄露，并且在抑制掉干扰的同时也会抑制掉部分期望信号。第三类是张静^[8、9]等人提出的基于噪声子空间扩充法，该方法将强干扰导向矢量所在空间纳入噪声子空间进而构造出扩展的噪声子空间（有效抑制强信号谱峰），再在此基础上利用经典Music算法就可以得到弱信号的DOA估计。

目前常用的微弱信号DOA估计的三种方法虽然在一定程度上可以有效估计并检测出微弱的期望信号，但都还不够完善，其缺陷分别如下：

1.RELAX（松弛算法），此方法每一步估计都需要通过反复迭代来实现，尤其是当强干扰和弱信号夹角较小时收敛速度很慢，故运算量相当大，这在实际应用中很难实现。

2.特征波束形成法和干扰阻塞法，要求干扰源个数和入射方向精确已知，且应用于没有阵列误差的情况，这在实际应用中也很难实现。

3.噪声子空间扩充法的缺陷在于对子空间扩张后输出信号进行角度估计时只能采取传统的MUSIC估计方法，继而带来了二维或多维谱峰搜索复杂度高的问题。

文中引用的文献如下：

[1]Li Jian and Stoica P.Efficient mixed-spectrum estimation with applications totarget feature extraction[J].IEEE Transactions on signal Processing,1996,44(2):281—295；

[2]Jian Li,Guoqing Liu,Nanzhi Jiang,P Stoica,Airbome Phased Array Radar:Clutter And Jamming Sup--pression And Moving Target Detection And Feature Extraction[A].IEEE 2000 Sensor Array And Multichannel Signal Processing Workshop[C]:IEEE,2000.240-244；

[3]柴立功，罗景青．一种强干扰条件F微弱信号DOA估计的新方法[J1]电子与信息学报，2005，27(10):1517—1520；

[4]徐亮，曾操，廖桂生，李军.基于特征波束形成的强弱信号波达方向与信源数估计方法.电子与信息学报，2011；