[發明專利]一種二維空間譜譜峰搜索方法

有效

• 申請號: 201110376555.2
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102520389A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 馬洪;陳勁峰;譚萍;羅冶
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01S3/12
• 分類號: G01S3/12;G01S3/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及陣列信號處理中的信號波達方向的二維估計，尤其是信號二維空間譜中譜峰搜索方法。

背景技術

在現代陣列信號處理中，波達方向(DOA)估計在近幾十年來一直是研究的熱點，而且在雷達、水下聲納、移動通信和電子對抗中有著廣泛的應用。在實際應用中通常需要對多個信號源的來波方向進行二維測向(方位角和俯仰角)。國內外學者提出了多種解決方法，其中，MUSIC算法這類子空間方法是比較經典的方法，它的測向誤差可以接近Cramer-Rao方差下界，并具有很高的角度分辨率。但是，MUSIC算法中的二維空間譜搜索的計算量很大，且隨搜索精度的提高而以指數倍提升，因而難以做到實時處理，使得MUSIC算法的實用性大打折扣。

目前，二維MUSIC算法譜峰搜索的主要方法有：基于各方向導數的搜索算法(吳世龍，羅景青，劉有軍，“一種用于二維MUSIC算法的譜峰識別方法研究”，《信號處理》，2005，21(8)：16-19.)、基于Metropolis-Hastings采樣的搜索算法(Q.H.Guo，G?S.Liao.“Fast?MUSIC?spectrum?peak?search?via?metropolis-hastings?sampler”，Journal?of?electronics(China)，2005，22(10)：599-604)、基于廣義Rayleigh商的搜索算法(A.Ferreol，E.Boyer?and?P.Larzabal，“Low?cost?algorithm?for?some?bearing?estimation?methods?in?presence?of?separable?nuisance?parameters”，Inst.Elect.Eng.Elect.Lett.，2004，40(7)：966-967.)等等。這些算法在單信號源情況下的性能表現良好，得到了一些應用。但是，在實際工程應用中，由于存在陣列通道不一致性和天線單元互耦、信號信噪比較低等問題，實際得到的空間譜圖往往不是理想的，特別是在多個信號同時入射時，上述譜峰搜索算法常常會給出錯誤結果，使得漏警率和虛警率有一定的升高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二維空間譜譜峰搜索方法，該方法可以提高波達方向估計的正確率。

本發明提供的一種二維空間譜譜峰搜索方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

第1步對噪聲子空間和天線陣列流型矢量構成的空間譜圖進行二維粗搜索，得到粗搜索譜峰點；

第2步在粗搜索譜峰點附近進行細搜索，得到譜峰候選點；

第3步對所述譜峰候選點進行分類，找到對應于信號個數的真實譜峰點；

第4步利用這些真實譜峰周圍的虛假譜峰信息，最終用真實譜峰和其周圍的虛假譜峰的加權值作為來波方向估計的值。

本發明方法通過研究實際空間譜圖的特性，將多尺度搜索算法推廣到二維譜峰搜索當中。在多源多徑信號入射情況下，簡單地使用這種多尺度搜索方法，往往得不到全局最優的波達方向估計結果。鑒于這種情況，本發明將數據聚類方法引入其中，提高了波達方向估計的正確率。這種譜峰搜索方法的步驟包括粗搜索、細搜索和最優譜峰方位計算。而且空間譜圖在高仰角和低仰角區域具有信號譜峰在方位角方向和仰角方向的陡峭程度不一致的特性，而這種特性不利于這種網格搜索。因為當搜索步長不足夠小時，會在方位角或俯仰角搜索結果中出現俯仰角估計值比較準確而方位角估計值誤差較大，或者方位角估計值比較準確而俯仰角估計值誤差較大的情況。對此，本發明在最優譜峰方位計算中對高俯仰角和低俯仰角區域使用更小的步長進行搜索，雖然增加了一定的計算量但提高了方位估計精度。

總之，本發明首先使用較大的粗搜索步長確定譜峰的大致位置，然后使用較小的細搜索步長精確搜索得到準確的信號入射角，同時運用譜系聚類法得到全局最優估計，避免得到局部最優估計，這些全局最優估計也就是空間譜圖的真實譜峰，最后利用真實譜峰和它周圍的虛假譜峰的加權值作為最后來波方向方位的估計以提高估計精度。

附圖說明

圖1是均勻圓陣天線與入射信號的位置關系示意圖；

圖2是一個二維MUSIC算法空間譜圖示例；

圖3是本發明提供的二維空間譜譜峰搜索方法的流程圖；

圖4是譜峰粗搜索流程圖；

圖5是譜峰細搜索流程圖；

圖6是類似灌水法流程圖；

圖7是第一種最優譜峰方位計算流程圖；

圖8是第二種最優譜峰方位計算流程圖。

具體實施方式