[发明专利]基于非圆特性的远近场混合信号波达方向估计方法

说明书

本发明涉及阵列信号处理领域，为利用非圆信号的非圆信息测量远近场混合源的相关参数，从而在达到区分远近场信号的同时，提高所测参数的估计性能，促使阵列测向估计算法在解决该类实际问题中更加有效。为此，本发明采用的技术方案是，基于非圆特性的远近场混合信号波达方向估计方法，先利用远场非圆信号的特性估计出远场信号的来波方向及相应参数，而后由此得到远场信号的协方差矩阵，从而在总体协方差矩阵与远场信号协方差矩阵相减后得到近场信号的协方差矩阵，最后利用近场信号的协方差矩阵得到近场信号的来波方向及距离参数，从而达到估计两种信号的相应参数以及提高估计性能的目的。本发明主要应用于阵列信号处理场合。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，是一种波达方向(direction-of-arrival,DOA)估计技术。具体讲,涉及基于非圆特性的远近场混合信号DOA(波达方向)估计方法。

背景技术

在DOA(波达方向)估计中，基于子空间分解的方法如MUSIC(Multiple SignalClassification多重信号分类)和ESPRIT(Estimating signal parameters viaRotational invariance techniques旋转不变子空间)算法应用十分广泛。然而，在实际应用中，经常存在近场和远场信号混合并存的情况，例如在电子对抗中，辐射源可能同时放置于传感器的远场和近场；另外，在阵列麦克风的应用中，讲话者所处的位置可能同时位于阵列麦克风的远场和近场。近些年，近场与远场的参数估计问题已经取得了较大突破，但仍有众多难题需要解决，如提高参数估计的性能等。在雷达等通信领域，非圆信号是常见的通信信号，如BPSK(二进制相移键控)，ASK(幅移键控)等。利用信号的非圆特性，可以扩大阵列的虚拟孔径，从而能够检测更多的信号源以及提高测量参数的精度。因此，当接收远场及近场非圆混合信号时，如何在估计信号参数的同时，有效利用非圆信息提高估计精度对于提高估计性能具有重要意义。

目前近场与远场的参数估计问题已经取得了较大突破，文献[1]和文献[2]分别提出了两种有效的解决方法。但这些算法在估计远近场非圆混合信号时并未能利用信号的非圆特性，因此参数估计的性能受限。

[1]J.He,M.N.S.Swamy and M.O.Ahmad,Efficient Application of MUSICAlgorithm Under the Coexistence of Far-Field and Near-Field Sources,in IEEETransactions on Signal Processing,vol.60,no.4,pp.2066-2070,April 2012。

[2]G.Liu and X.Sun,Efficient Method of Passive Localization forMixed Far-Field and Near-Field Sources,in IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,vol.12,no.,pp.902-905,2013。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在利用非圆信号的非圆信息测量远近场混合源的相关参数，从而在达到区分远近场信号的同时，提高所测参数的估计性能，促使阵列测向估计算法在解决该类实际问题中更加有效。为此，本发明采用的技术方案是，基于非圆特性的远近场混合信号波达方向估计方法，先利用远场非圆信号的特性估计出远场信号的来波方向及相应参数，而后由此得到远场信号的协方差矩阵，从而在总体协方差矩阵与远场信号协方差矩阵相减后得到近场信号的协方差矩阵，最后利用近场信号的协方差矩阵得到近场信号的来波方向及距离参数，从而达到估计两种信号的相应参数以及提高估计性能的目的。

具体地：

(1)远近场信号模型