[发明专利]基于稀疏处理的信号波达方向估计方法

摘要

基于稀疏处理的信号波达方向估计方法，步骤如下由接收阵列的M次快拍数据矩阵估计数据自相关矩阵由数据自相关矩阵重构观测数据矢量；构造测量矩阵和对应的稀疏信号矢量；利用最小绝对收缩和选择算法计算信号矢量的粗略估计值，利用加权最小绝对收缩和选择算法计算信号矢量的精确估计值，根据信号矢量的精确估计值中非零元素的索引得到信号到达角的精确估计值，由信号矢量的精确估计值中非零元素的位置信息和空间角度划分，得到信号的到达角估计值，实现信号到达角的精确估计。本发明方法可以在低信噪比情况下实现超分辨波达方向估计，具有更高的空间分辨率的优点和估计精度。

主权项

基于稀疏处理的信号波达方向估计方法，K个电磁波以不同参数{θ1,…,θk,…,θK}入射到N个阵元组成的线阵上，θk为第k个入射信号的到达角，k＝1,…,K，其特征在于，步骤如下：步骤一：由接收阵列的M次快拍数据矩阵Y估计数据自相关矩阵RY：RY=1M[YYH]=ARsAH+σ2I,]]>其中，A为阵列导向矢量，Rs为入射信号自相关矩阵，σ2为噪声的方差，I为单位矩阵，(·)H表示转置复共轭操作，M为快拍数；步骤二：由数据自相关矩阵RY重构观测数据矢量X；观测数据矢量X的第m个元素为：观测数据矢量X可以表示为重构后的阵列导向矢量矩阵B和信号功率矩阵P的乘积：X＝BP；步骤三：构造测量矩阵和对应的稀疏信号矢量将全部观测范围[θmin,θmax]按照空间角度按阵元数均匀划分为Ω＝{θ1,…,θn,…,θN}，n＝1,2,…,N，θmin为到达角的最小取值，θmax为到达角的最大取值，θn＝θmin+(n‑1)Δθ，Δθ＝(θmax‑θmin)/(N‑1)是角度间隔；测量矩阵B(θn)=[e-j2πλ(M-1)dsinθn,e-j2πλ(M-2)dsinθn,...,e-j2πλdsinθn,ej2πλdsinθn,ej2πλ2dsinθn,...,ej2πλ(M-1)dsinθn]T,]]>其中，j为虚数单位，λ为入射信号的波长，d为相邻阵元间的间隔；根据压缩感知理论可知：其中，是一个K‑稀疏信号矢量，第k个信号从θn的方向入射时，的第n个元素其它元素全部为零，为第k个入射信号的功率；步骤四：估计信号的到达角；利用最小绝对收缩和选择算法计算稀疏信号矢量的粗略估计值其中，q为正则化参数，||·||2表示2范数，||·||1表示1范数；根据稀疏信号矢量的粗略估计值设置门限Δ，0＜Δ＜pm，对小于门限Δ的信号系数进行第二次约束：f(|p‾~(n)|)=1,|p‾~(n)|≤Δ0,|p‾~(n)|>Δ,n=1,...,N;]]>利用加权最小绝对收缩和选择算法计算稀疏信号矢量的精确估计值根据中非零元素的位置与测量矩阵列数据间的对应关系，得到的列数据所对应的真实信号导向矢量，根据步骤三中的公式θn＝θmin+(n‑1)Δθ，Δθ＝(θmax‑θmin)/(N‑1)计算出信号到达角的估计值Ψ；所述接收阵列为均匀线阵，阵列的阵元沿x轴均匀间隔分布，相邻阵元间的间隔d≤0.5λ，λ为入射信号的波长。