[发明专利]基于去预延迟模块的空时结构的信号源DOA估计方法

说明书

本发明公开了一种基于去预延迟模块的空时结构的信号源DOA估计方法，属于自适应阵列信号处理技术邻域。本发明基于去除预延迟结构的空时处理结构，利用线性约束最小方差准则求取角度搜索范围内的权值，然后画出谱函数P(θ)＝|W^HRW|，再对其进行谱峰搜索，由谱函数的峰值位置得到信号源的DOA估计。本发明利用去预延迟处理的空时结构实现信号源DOA估计，不用将宽带信号分解为窄带信号，也不用进行信号源个数的估计。所以，本发明的DOA估计方法与基于空频结构的信号源DOA估计算法相比，计算过程相对简单，计算量大大减少，且在信号数据量较少和低信噪比的条件下，分辨率有所提高。

技术领域

本发明涉及自适应阵列信号处理技术领域，具体是涉及在基于空时去预延迟结构的一种信号源DOA(Direction Of Arrival)估计方法。

背景技术

现有的非相干宽带信号的DOA估计算法主要是非相干信号子空间方法(ISM，incoherent signal-subspace method)，这类算法的基本思想是将宽带数据分解为不重叠频带上的窄带数据，然后分别对每个频带进行窄带信号子空间处理，从而获得对各子带(各频率点)信号的角度估计，再通过对这些各子带信号DOA的估计值进行组合得到最终结果。其中基于空频结构的非相干信号子空间方法是实际中常用的信号源DOA估计方法。然而实际应用中，当处理数据较多时，这种基于空频结构的信号源DOA估计算法处理复杂，计算量大；处理数据较少时，此算法的测向误差会加大。所以，在信号数据较少且低信噪比的条件下，此信号源DOA估计算法将不再适用。

考虑有K个分别来自方向θ₁,θ₂,…,θ_K的非相干远场宽带信号s₁(n),s₂(n),…,s_K(n)，假设K≤M，M是均匀线阵的阵元数目。阵元m的接收信号可以表示为：

其中，n＝1,2,…,N，N为信号快拍数，τ_m(θ_k)是第k个信号到达阵元m时，相对于该信号到达参考阵元(阵元0)的时间延迟；v_m(n)是加性噪声。且假设入射信号与噪声之间均相互独立。

为了求得信号源DOA估计，基于空频结构的非相干信号子空间方法的求解思路是将每个阵元的接收信号x_m的N点观察数据分成J段，每段Q个数据，其中表示向下取整，对第j段的Q个接收数据，有x_m(n)，n＝jQ+1,jQ+2,…,(j+1)Q,j＝0,1,…,J-1，计算x_m(n)的Q点DFT(用FFT实现)，将x_m(n)分解为Q个不重叠的窄带分量。在频率f_q处，阵列接收信号频域表示为

分别定义在频率f_q处的窄带信号向量x(f_q,j)和s(f_q,j)，以及噪声向量v(f_q,j)为

并定义在频率f_q处的窄带方向矩阵为

A(f_q)＝[a(f_q,θ₁)a(f_q,θ₂)…a(f_q,θ_K)]^T (4)

其中，向量a(f_q,θ_k)是在频率f_q处的窄带导向向量，有

于是，式(2)的向量形式为