[發(fā)明專利]一種穩(wěn)健的遠場窄帶信號源個數(shù)估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310534556.4
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103616661A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 姜家財;張花國;李萬春;魏平
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S1/00
• 分類號: G01S1/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄒裕蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列信號處理技術(shù)，具體涉及信號源個數(shù)估計技術(shù)。

背景技術(shù)

基于傳感器陣列的輻射源定位是陣列信號處理的一個重要研究內(nèi)容，它在雷達，聲納，無線通信，地震學以及射電天文學等眾多領(lǐng)域中都有著廣泛的應用。通常情況下，當信源位置與接收陣列距離較遠時，在接收端可以將目標發(fā)射信號看成是一個平面波，目標的位置可以通過信源的方位角（DOA）來確定。在過去十幾年來，MUSIC（Multiple?Signal?Classification多信號分類）算法，ESPRIT（Estimation?of?Signal?Parameters?via?Rotational?Invariance?Techniques，旋轉(zhuǎn)不變性技術(shù)）算法，極大似然(MLE)，二階統(tǒng)計量和加權(quán)線性預測等方法都被用來對目標進行定位。

信號源個數(shù)估計問題是陣列信號處理的一個非常重要的議題，因為大多數(shù)高分辨陣列測向算法的性能依賴于對信號源個數(shù)的充分已知。在陣列信號處理領(lǐng)域中最主要的方法就是利用信息論準則進行信源的估計，如信息論準則（AIC）和最小描述長度準則(MDL)等。這些準則都是由似然函數(shù)和懲罰函數(shù)兩部分構(gòu)成，并由懲罰函數(shù)來區(qū)別這些算法。另外，利用信號和噪聲子空間的結(jié)構(gòu)特征提出的PDL方法，相對于MDL算法等，具有更好的性能，且能估計相干和非相干信號的個數(shù)。

另一類信源估計方法也可以說是最原始的方法就是假設檢驗法。這類方法都是假定最小特征值（噪聲特征值）的相等性，然后利用二元或多元假設檢驗的方法估計出信號源數(shù)。

以上的信源估計方法不管是信息論類準則還是假設檢驗類方法都是依賴于陣列協(xié)方差矩陣的特征值這一前提條件。特征值的計算受信號入射角度，信號功率以及陣元個數(shù)影響。入射角度不同，陣元個數(shù)不同，都會影響信源個數(shù)的判斷的準確性。特別是在實際應用場合中，基于特征值的估計信號源個數(shù)方法，存在適應性不高，檢測性能低下等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，消除不必要的影響因素，提供一種穩(wěn)健可靠的遠場窄帶信號源個數(shù)估計方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種穩(wěn)健的遠場窄帶信號源個數(shù)估計方法，包括以下步驟：

步驟1預設信號源個數(shù)為M-1，M為陣元天線總數(shù)，M≥3；

步驟2使用基于旋轉(zhuǎn)不變性DOA估計算法，如TLS-ESPRIT算法估計得到M-1個信號源方向k=1,2,...,M-1；

步驟3根據(jù)M-1個信號源入射角度值構(gòu)造M-1個方向矢量再估計M-1個方向的信號源功率p_k：

其中為第k個信號源入射到第m個陣元與該信號源入射到參考陣元的相位差，m=1,2,...,M，f_k為第k個信號源的中心頻率，τ_k,m為第k個信號源入射到第m個陣元時間與該信號源入射到參考陣元的時間差，τ_k,m=d_msin(θ_k)/c，d_m為第m個陣元與參考陣元的間距，c為光速，參考陣元為接收陣列的第一個陣元；

估計的第k個入射方向?qū)男盘柟β蕄_k為：

其中，R₀為陣列接收數(shù)據(jù)x(t)自相關(guān)矩陣，矩陣表示M個陣元接收信號構(gòu)成的矩陣；H表示共軛轉(zhuǎn)置；N表示陣列接收數(shù)據(jù)快拍個數(shù)；

步驟4將估計得到的M-1個信號源功率p_k替換基于特征值的信號源個數(shù)估計方法中的特征值，估計得到遠場窄帶信號源個數(shù)

本發(fā)明在未知信號源個數(shù)下，先假設信號源個數(shù)最大為M-1，根據(jù)估計得到含有真實實際的信號源的方向以及虛假信號源方向，進一步估計得到對應的M-1功率值。利用實際信號源功率估計值具有穩(wěn)健性，虛假信號源功率估計值等于噪聲功率以及功率估計值受到信號源入射角度影響較小這三個特性，將功率估計值替換常規(guī)的基于特征值的信號源個數(shù)判斷方法中的特征值，進行信號源個數(shù)估計。

本發(fā)明的有益效果是，避免了基于特征值的信號源個數(shù)估計方法的不穩(wěn)健因素，可在復雜情況下進行穩(wěn)健可靠的信號源個數(shù)估計，便于實際應用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖。

圖2是遠場窄帶信號接收陣列模型圖。

圖3是功率值估計圖，橫坐標為陣元天線編號，縱坐標為歸一化功率值。

圖4是正確檢測信號源個數(shù)的概率隨信噪比變化曲線圖，橫坐標為信噪比，縱坐標為檢測概率。