[发明专利]一种脉冲噪声下基于伪快拍增量的互质阵列DOA估计方法

说明书

本发明公开了一种脉冲噪声下基于伪快拍增量的互质阵列DOA估计方法，使用增广互质阵列天线接收信号得到观测信息后，根据观测信息计算多个不同阶的PFLOM协方差矩阵；然后对所得到的多个协方差矩阵进行向量化处理，删除冗余行并截取连续阵元部分，得到具有多个快拍的虚拟阵列接收信号信息；接着对虚拟接收信号信息进行MSSP去相关，得到重构协方差矩阵；最后对重构后的协方差矩阵进行特征分解，通过MUSIC谱峰搜索分别找出峰值得到DOA的精确估计。本发明将不同阶数的PFLOM堆叠的方法和MSSP与脉冲噪声环境下的互质阵列相干信源DOA估计问题相结合，提高了去相关性能，且当脉冲噪声低信噪比环境下以及信源数高于阵元数时，本发明仍能够获得更好的DOA估计性能。

技术领域

本发明涉及DOA(direction of arrival,波达方向)估计和雷达声呐定位等技术领域，尤其涉及一种脉冲噪声下基于伪快拍增量的互质阵列DOA估计方法。

背景技术

传统的DOA估计方法，如MUSIC和ESPRIT，大多数是利用等间距阵列布局开发的，例如，均匀线性阵列(uniform linear array,ULA)和均匀圆形阵列(uniform circulararray,UCA)，并且它们的最佳特性受制于有限的物理阵列几何形状。一方面，自由度受到传感器数量的限制。给定具有N个各向同性传感器的ULA，可分辨源的数量不能超过N-1个。另一方面，为了避免角度模糊问题，传统阵列中两个相邻传感器之间的距离通常应该小于入射信号波长的一半，即d＜λ/2。但阵元间距过小会带来很强的互耦合效应，从而降低估计精度。因此，此类阵列的优化设计和性能分析一般都不容易。

此外，大多数关于互质阵列的研究都假设环境噪声为高斯噪声，它具有二阶统计量或可以在矢量化之后去除的高阶累积量。但在实际环境中，雷达、声纳和无线通信系统中的噪声往往会表现出非高斯性，如电磁干扰、大气噪声和海杂波，它们比高斯噪声更为频繁地出现大幅度的数据突变。因此，这种噪声不适用于高斯分布来描述，而需要一种比高斯分布具有更长的拖尾的概率分布来描述它。此前存在一种PFLOM(phased fractional lowerorder moments,相位分数低阶矩)来构建接收信号的等效协方差矩阵的方法，而后将基于PFLOM的接收信号的协方差矩阵应用到互质阵列的概念中，但在基于PFLOM的协方差矩阵的变换之后，通过使用向量化操作获得虚拟信号向量，其仍然是单快拍信号模型。此外，具有不同分数低阶的虚拟源矩阵是从同一源估计的，并且它们仍然是高度相关的，所以仍然需要额外的去相关技术在矢量化后恢复秩和保证其正定性质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种脉冲噪声下基于伪快拍增量的互质阵列DOA估计方法，计算多个不同阶的相位分数低阶矩(PFLOM)估计协方差矩阵，对所得到的多个估计协方差矩阵进行向量化处理，删除冗余行并截取连续阵元部分，得到具有多个快拍的虚拟阵列接收信号信息，最后，对虚拟接收信号信息进行MSSP(modified spatial smoothing pre-processing,修正空间平滑技术)去相关，得到重构协方差矩阵，对重构的协方差矩阵进行特征分解后通过MUSIC谱峰搜索即可得到精确的DOA估计。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种脉冲噪声下基于伪快拍增量的互质阵列DOA估计方法，包括如下步骤：

步骤1)，使用增广互质阵列结构的阵列天线接收信号，得到观测信息y；所述增广互质阵列结构的阵列天线包含两个阵元数分别为2M和N的均匀线阵，其阵元间距分别为Nλ/2和Mλ/2，其中，M和N为互质数且M＜N，λ为载波波长；两个均匀线阵仅在原点处有一个阵元重合，阵元总数为2M+N-1；

步骤2)，根据观测信息y计算多个不同阶的PFLOM协方差矩阵R_i；