[发明专利]一种基于时延差范数加权的宽带信号高分辨方位估计方法

说明书

本发明公开了一种基于时延差范数加权的宽带信号高分辨方位估计方法，该方法通过对各子带进行波束形成估计信源方位，统计各子带的方位估计值计算得到时延差范数，以时延差范数对各子带波束输出功率进行加权，综合各子带的波束输出功率得到宽带信号的波束输出功率。本发明以宽带常规波束形成算法为基础，通过时延差范数加权实现宽带信号的高分辨方位估计，解决了现有宽带信号高分辨方位估计方法计算量大、算法复杂度高和稳健性差的问题，且可以分辨相干源。

技术领域

本发明涉及宽带信号高分辨方位估计技术领域，特别是涉及一种基于时延差范数加权的宽带信号高分辨方位估计方法。

背景技术

宽带信号高分辨方位估计一直是阵列信号处理的热点和难点的问题，解决方法大体分为两类：非相干信号子空间算法(ISSM，Incoherent Signal Subspace Method)和相干信号子空间算法(CSSM，Coherent Signal Subspace Method)。非相干信号子空间算法(ISSM)将宽带信号在频域上进行分解，对分解后的各个窄带分量计算空间谱，之后对所有窄带分量的空间谱进行累加，得到宽带信号的空间谱，再进行方位估计。该方法计算量大，不能分辨相干源，在低信噪比条件下方位估计性能下降；相干信号子空间算法(CSSM，Coherent Signal Subspace Method)通过聚焦变换将宽带信号个频率分量聚焦到参考频率，在参考频率点计算窄带空间谱，之后进行方位估计。该方法可以分辨相干源，但在获取聚焦变换矩阵时，需要预估信号源的方位，且该预估值对最终的方位测量精度影响较大。对于阵元数较多的大型阵，采用上述两种方法实现宽带高分辨方位估计时，由于协方差矩阵的维数较高，计算量更大，通常的解决方法是将大型阵分解为若干个子阵，对每个子阵计算宽带信号空间谱，综合各子阵的结果实现大型阵的高分辨方位估计，但子阵处理损失了自由度，降低了空间分辨率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于时延差范数加权的宽带信号高分辨方位估计方法，该方法能够在保持阵处理自由度不变的情况下，实现宽带信号高分辨方位估计，并降低波束输出的旁瓣，提高方位估计的稳健性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于时延差范数加权的宽带信号高分辨方位估计方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取宽带多途阵列接收信号；

步骤S2、对所述宽带多途阵列接收信号进行傅里叶变换，将所述宽带多途阵列接收信号分解为J个子带；

步骤S3、对每个子带的阵列接收信号进行波束形成，得到各个子带的波束输出功率，其中，第j个子带的波束输出功率为：

P_j(θ)＝a^H(f_j,θ)R(f_j)a(f_j,θ)，j＝1,2,…,J

公式中，P_j(θ)为第j个子带的波束输出功率，a(f_j,θ)为第j个子带频率点f_j处的导向向量，R(f_j)＝X(f_j)X^H(f_j)为频率点f_j处的阵列信号协方差矩阵，X(f_j)为阵列接收信号的离散傅里叶变换在频率点f_j处的值，(·)^H表示共轭转置，θ表示扫描方位。

步骤S4、求出各个子带的波束输出功率P_j(θ)最大值对应的方位θ_i,j，其中，i＝1,2,…,N，N为信源个数，j＝1,2,…,J；