[发明专利]一种面向相干信源估计的无网格波达方向估计方法

说明书

本发明公开了一种适用于相干信源估计的无网格波达方向估计方法。首先基于波达方向估计领域的一般性假设，建立了考虑相干信源存在的数学分析模型；其次根据研究问题中噪声设定以及快拍数量情况的不同，基于协方差拟合理论或原子范数去噪理论得出需要求解的半正定规划问题，解得信源的方向频率估计以及无噪快拍信号估计；然后根据所得方向频率估计结果计算相应的阵列流形矩阵，并结合无噪信号快拍的估计值求出信源的最小二乘估计；最后从求得的信源估计值中提取各信源功率的估计值。本发明可以在多项式时间内，准确的估计出各信源的波达方向和功率大小，且适用于各种信噪比和快拍数设定。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，具体为一种面向相干信源估计的无网格波达方向估计方法。

背景技术

阵列信号处理问题，作为现代信号分析处理的一个重要分支，在军用与民用领域都有着广泛的应用，常见于雷达目标检测、地质结构勘探、语音交互通信、医疗系统成像等领域。这类问题通过在空间上的不同位置，以特定的形式规则排布传感器阵列进行信号接收，并对接收到的阵列信号应用和设计相应的算法，以此来获取其中感兴趣的信息。相较于仅使用单个传感器，可以获取到更多的信源信息，且在提升信号增益、削弱噪声、增加系统抗干扰能力，提升系统分辨率等方面有着显著的优势。

波达方向估计问题，作为阵列信号处理问题的一个重要组成部分，其研究对于提升检测结果方向精度，提升分辨率，以及其他参数精度有着举足轻重的意义，故在雷达、声呐以及通信等领域有着很高的关注度。

对于波达方向估计问题的研究方法主要有：(1)波束形成法(2)子空间法(3)基于网格的稀疏方法(4)稀疏参数化方法等。但是，波束形成法缺点在于分辨率较低且估计结果对相干源敏感；子空间方法需要事先得知信源的具体数目且同样对相干源敏感；基于网格的稀疏方法，将整个角度空间密集划分，并假定待测信号恰好落于网格之上，从而不可避免的造成建模上的误差，且过密的网格会带来运算量上的巨大负担；稀疏参数化方法虽然无需离散化，但在处理高相关性信源时，其估计结果中的功率参数往往会明显低于真实值。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种面向相干信源估计的无网格波达方向估计方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种面向相干信源估计的无网格波达方向估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据各待测远场窄带信号投射至以均匀线阵排列的全向天线阵列，建立参数估计问题模型；

步骤2、同方差噪声下，基于协方差拟合理论，确定所需求解的半正定规划问题，获得信源方向频率的估计结果；异方差噪声下，基于原子范数去噪理论，确定所需求解的半正定规划问题，解得信源的方向频率以及无噪快拍信号的估计结果；

步骤3、根据信源方向频率的估计结果，计算对应阵列流形矩阵；

步骤4、同方差噪声下，使用样本快拍信号作为无噪快拍信号，异方差噪声下，使用无噪快拍信号的估计值作为无噪快拍信号，相应求出信源的最小二乘估计值；

步骤5、从信源的最小二乘估计值中提取信源的功率大小。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明无需事先得知目标信源的具体数量；

(2)本发明无需离散化，从根本上解决了建模误差问题；

(3)本发明适用于任意快拍数，且对噪声功率大小鲁棒；

(4)本发明在目标信源的波达方向估计方面，对于信源之间的相关性鲁棒；

(5)本发明在目标信源的功率估计方面，对于信源之间的相关性鲁棒。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明