[发明专利]嵌套阵中基于非高斯信源的求根谱峰搜索传播算子方法

说明书

本发明公开了一种嵌套阵中基于非高斯信源的求根谱峰搜索传播算子方法，属于阵列信号处理领域。该方法包括以下步骤：步骤1、建立嵌套阵接收信号的数学模型；步骤2、构建接收信号的四阶累积量矩阵，对其进行矢量化处理，对完成矢量化后的向量进行排序、删除冗余；步骤3、利用空间平滑算法，得到空间平滑协方差矩阵；步骤4、根据空间平滑协方差矩阵分块估计传播算子并构造Q矩阵；步骤5、构造多项式并进行求根处理得到波达方向估计角度。本发明结合空间平滑算法、求根算法和谱峰搜索传播算子算法，将谱峰搜索传播算子算法中计算复杂度大的谱峰角度搜索转变为求解多项式的根，进而降低了计算复杂度同时也略微提升了估计性能。

技术领域

本发明涉及一种嵌套阵中基于非高斯信源的求根谱峰搜索传播算子方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术

信号来向及其空间分布通常称为空间谱，空间谱估计又称接收信号波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计是阵列信号处理一个重要的研究方向。其基本问题就确定同时处于空间中的多个目标信号的空间位置方向信息。传统的波达方向(DOA)参数估计方法等大多利用了信号的二阶统计特性。但在实际应用中，我们遇到的通常是非高斯信号，其一阶、二阶统计量并不能完全描述信号的统计特性，这时采用高阶累积量不仅可以获得比二阶统计量更高的性能，而且可以解决二阶统计量不能解决的很多问题。此外，高阶累积量对高斯过程具有不敏感性，理论上可抑制噪声。高阶统计量作为一种强有力的信号处理工具,己经在通信、雷达、声纳及地球物理、生物医学等领域得到了极为广泛的应用。近年来，稀疏阵列由于其分辨目标比传感器数量多的特点，在DOA估计中受到越来越多的关注。常见的稀疏阵列主要包括最小冗余阵列、互质阵列和嵌套阵列。嵌套阵列能够在得到阵元位置的固定闭式解的同时，还拥有比互质阵列更大的空间自由度。这些优点使得嵌套阵列在信号参数估计中有着较大优势。当信源为非高斯信源时，我们采用高阶累积量如四阶累积量进行DOA估计可实现更大虚阵孔径。

谱峰搜索传播算子PM算法是一种快速的子空间算法，该算法利用阵列协方差矩阵的子矩阵得到噪声子空间，无需复杂的特征值分解，但该算法仅在信噪比比较好的情况下才有较好的波达方向估计性能，且谱峰搜索仍需要较大计算量。针对计算复杂度大的谱峰搜索部分，之前的学者研究有将该部分的内容转化为通过求解多项式的根来实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种嵌套阵中基于非高斯信源的求根谱峰搜索传播算子方法，将空间平滑算法(Spatial Smoothing，SS)、求根算法(ROOT)和谱峰搜索传播算子算法(Propagator Method，PM)结合并应用于基于非高斯信源的嵌套阵列，该发明算法名称为基于空间平滑的求根谱峰搜索传播算子算法(SS-ROOTPM)。在基于非高斯信源的嵌套阵列结构中，该发明算法既能保证一定的角度估计性能，也大大降低了计算复杂度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

嵌套阵中基于非高斯信源的求根谱峰搜索传播算子(SS-ROOTPM)方法，包括以下步骤：

步骤1、建立嵌套阵接收信号的数学模型；

步骤2、构建接收信号的四阶累积量矩阵，对其进行矢量化处理，对完成矢量化后的向量进行排序、删除冗余；

步骤3、利用空间平滑算法，将步骤2中矢量化处理得到的向量的方向矩阵对应的二级虚拟阵列划分为若干个相互重叠的子阵列，对全部子阵列的协方差矩阵求和并计算均值，得到空间平滑协方差矩阵；

步骤4、根据空间平滑协方差矩阵分块，估计传播算子并构造Q矩阵；

步骤5、构造多项式并进行求根处理得到波达方向估计角度。