[发明专利]一种多信源频率与DOA联合检测的方法及其装置

说明书

本发明公开了一种多信源频率与DOA联合检测的方法及其装置，包括：对L路信号样本做M_f点DFT，利用Tsui频谱校正器对DFT结果进行频率和相位校正，得到校正后的D组频率、相位、幅值的参数组，利用参数组构造出D个方向矢量；将D个方向矢量按照最小距离进行分组匹配，得出D个信源参数匹配信息；根据D个信源参数匹配信息构造频率余数组，并将频率余数组带入闭式鲁棒中国余数定理模型进行重构，得出频率估计值；根据D个信源参数匹配信息得出L‑1个相位差，并构造相位余数组，将相位余数组与重构模值组带入闭式鲁棒CRT重构得到中间参数，计算出DOA估计值。本发明实现了多对目标的高精度频率与DOA联合估计。

技术领域

本发明涉及信号分析处理技术领域，尤其涉及在观测多信源数入射到阵列天线的情况下，基于一种新型互素稀疏阵列，对其进行欠采样处理，并进行频谱校正与中国余数定理重构，从而实现对多目标频率与DOA(到达角)的高精度联合测量。

背景技术

多目标信源的频率与DOA联合估计是阵列信号处理领域的研究热点，在雷达^[1]、无线通信^[2]、电子战等领域有着广泛应用。目前现有的空间谱估计算法多是基于子空间分解谱估计算法(如MUSIC(多重信号分类算法)、ESPRIT(旋转不变信号参数估计技术)算法等)，然而这类算法主要存在两个方面的不足。一是需要满足奈奎斯特采样速率，即阵元传感器的采样速率需要大于等于最大入射信号频率的2倍。这也同时导致了所采用的均匀线性阵列的阵元间距不能大于信号波长的一半。因此，在高频段下，阵元采样器的功率难以满足实际需求；二是，必须将阵元密集排列，导致阵元间产生较大耦合，从而对信源参数的估计精度产生较大影响。

针对多目标信号的频率与DOA联合估计问题，目前研究者提出了一些新的研究方法：文献[3]提出了一种基于均匀线阵，利用长短基线概念设定多组采样速率，对接收信号多次进行ESPRIT算法分解转换，实现到达角和频率联合估计的算法。文献[4]提出了一种树形结构(FSF(频率-空间-频率)-MUSIC)，即先后3次利用MUSIC算法对接收到的协方差矩阵进行转换，再利用子空间特性实现频率和DOA联合估计。但是这些算法只适用于低频段信号(10MHz)。文献[5]利用均匀线阵将2-18GHz接收信号划分为多个1GHz的子频段，再对每路子信号以250MHz进行时间欠采样，利用PRO(专业)-ESPRIT生成的信息向量实现对信源的DOA与频率估计。但是该算法各子频段存在一定时延，且欠采样率不高。

近年来稀疏阵列吸引了越来越多的关注，这是因为稀疏阵列打破了原有传统均匀线阵的阵元布置限制，并利用差分思想扩展了阵列的有效孔径，提高了阵列自由度。如：较早提出的最小空洞阵列^[6]和最小冗余阵列^[7]均利用N个阵元将自由度提高至N²，但是这两稀疏阵列没有闭合的推导形式，因此未能进一步发展和应用。文献[8]提出的嵌套阵列虽然具有闭合推导形式并能实现对目标DOA估计，但该阵列只是实现了局部稀疏化，其中一部分阵元仍旧按照经典的均匀线阵紧密布置，因而阵元间耦合依旧比较严重。文献[9]基于互素感知理论提出了互素阵列，虽然在一定程度上改善了阵列稀疏度，但仍然存在局部阵元耦合问题。需要指出的是，上述该些稀疏阵列无法实现频率与DOA的联合估计。

发明内容

本发明提供了一种多信源频率与DOA联合检测的方法及其装置，本发明通过空时域欠采样，并结合谱校正^[10]与闭式鲁棒中国余数定理^[11]，实现了多对目标的高精度频率与DOA联合估计，节约了硬件成本，提高了数据利用率与估计精度，详见下文描述：

一种多信源频率与DOA联合检测的方法，所述方法包括以下步骤：

对L路信号样本做M_f点DFT，利用Tsui频谱校正器对DFT结果进行频率和相位校正，得到校正后的D组频率、相位、幅值的参数组，利用参数组构造出D个方向矢量；