[发明专利]基于1bit编码超表面的相干信号波达方向估计方法

说明书

本发明提出了一种基于1bit编码超表面的相干信号波达方向估计方法，主要解决现有技术中传统阵列体积大、成本高的问题。其实现方案为：构建编码超表面阵列U及单次编码下的阵列输出信号；设计编码获取U的子阵列输出信号矢量X(t)；计算X(t)中各个子阵列输出信号矢量的协方差矩阵，得到X(t)的协方差矩阵估计值对进行特征值分解，得到噪声子空间矩阵E_n；根据E_n构造代价函数V(c)，并通过代价函数绘制幅度谱图，获取相干信号角度估计结果。本发明能在超表面阵列的前提下实现相干信号的高精度波达方向估计，同时降低了采样成本。可用于复杂环境下的目标定位。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种相干信源波达方向估计方法，可用于复杂环境下的目标定位。

背景技术

传统阵列信号处理作为一项重要的信号处理技术，在通信、雷达、声呐及地震勘探等多个领域中得到了迅速的发展。阵列信号处理就是在空间中不同几何结构的传感器阵列，并利用阵列对来波信号进行检测、处理，实现信号源个数、波达方向、准确频率的估计。阵列信号处理就是在空间中按照设定的排列方式放置多个天线阵元组成天线阵列，并利用这个天线阵列对来波信号进行检测、处理，实现信号源个数、波达方向、准确频率的估计。波达方向DOA是指空间信号的到达方向，即各个信号到达阵列参考阵元的方向角。波达方向是阵列信号处理领域的重要组成部分，主要研究阵列的处理系统对空间信号的波达方向进行准确估计的能力，在参数估计、军事电子对抗、信号识别、移动通信、医学诊断等等领域具有重要的应用价值，但传统阵列具有体积大、成本大的缺点。

超表面发展起源于超材料，超表面能够在媒质交界面上引入突变的电磁响应，进而对空间波或者表面波进行灵活调控。1bit编码超表面是数字化的超表面，能够将数字信息与电磁场效应相互关联，由1bit编码超表面构造的阵列可以当作一种新型阵列应用到雷达及通信系统等多种领域中，该新型阵列可以解决传统阵列的成本问题。

实际条件下的传播环境十分复杂，这就导致会有相干信源入射至天线接收阵列，这些相干信源总体上分为同频干扰信源和背景反射产生的多径干扰信源。与非相干信源不同，相干信源可能会导致雷达产生虚假警告甚至待探测目标数量与定位发生错误。由于多个相干信号入射至天线阵列，阵列数据协方差矩阵会在相干信号的作用下出现秩缺失现象，也称亏秩现象，该现象进一步导致了信号子空间对应的特征矢量发散至噪声子空间，使经典DOA估计算法如MUSIC等子空间类算法，对相干信源已经失效，常用的解相干方法有前向平滑、后向平滑等空间平滑方法。

申请公布号CN111337872A的专利文献公开了一种用于相干信源测向的广义DOA矩阵方法。该方法通过对两个平行阵列进行空间平滑，利用双平行阵接受数据的自相关矩阵和互相关矩阵避免了空间谱搜索的问题，降低了算法复杂度。但是该方法由于使用双平行阵列，极大的增加了阵列处理相干信号的成本，且需要对两个阵列进行平滑处理，运算时间长。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提出一种基于1bit编码超表面的相干信号波达方向估计方法，以在保证估计精度和数据量的前提下降低成本、减小运算时间。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)构建编码超表面阵列U及单次编码下的阵列输出信号模型

U＝{U₁,U₂,...,U_m,...,U_M}，