[發明專利]非相干和相干信號混合情況下的信號個數檢測方法

有效

• 申請號: 201410123195.9
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103902822B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 陳可;辛景民;陶浩;鄭南寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學蘇州研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴,夏振

技術領域

本發明屬于陣列信號處理技術領域，具體涉及一種非相干和相干信號混合情況下的信號個數檢測方法。

背景技術

陣列信號處理的兩個主要研究方向是信號個數估計和信號方向估計，其中信號個數估計又是方向估計的基礎，當信號個數估計不準確的時候，信號方向估計將會受到嚴重影響，因此研究一種高效，精確的信號個數估計算法具有重大的研究意義。

信號個數檢測算法中，最經典的是基于信息論準則的算法，包括基于AIC準則和MDL準則算法。但是在實際中由于多徑傳輸效應的存在，入射信號經常是完全相關的(即相干)，從而造成傳統的AIC/MDL方法嚴重退化。非參數方法MENSE(參見J.Xin,N.Zheng,and A.Sano,“Simple and efficient nonparametric method for estimating the number of signals without eigendecomposition,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.55,no.4,pp.1405-1420,2007.)能估計出相干信號個數。

近期非相干和相干信號混合情況下的信號波達方向估計得到了廣泛的重視，混合信號的一維DOA估計通常采用均勻線陣，二維DOA估計通常采用Z形或平行線陣。然而在這些方法中，非相干信號個數和相干信號個數被認為是已經過事先估計的或是作為先驗知識。雖然預處理技術例如空間平滑(SS)或者前后向空間平滑(FBSS)可以與AIC/MDL方法和MENSE方法結合應用于平行線陣對混合信號總個數進行估計，但是非相干信號個數和相干信號個數不能分別得到，并且可估計信號個數受限于被減小的陣列孔徑。盡管平滑秩輪廓(SRP)方法(參見T.-J.Shan,A.Paulraj,and T.Kailath,“On smoothed rank profile tests in eigenstructure methods for direction-of-arrival estimation,”IEEE Trans.Acoust.,Speech,Signal Process.,vol.35,no.10,pp.1377-1385,1987.)可以估計不相關和相干信號個數，但當信噪比(SNR)很低或者快拍數很小時該方法的檢測效果會退化。

雖然2012年H.Tao等提出了一種新的混合信號個數檢測算法(參見H.Tao,J.Xin,J.Wang,N.Zheng,and A.Sano“Estimation of the number of narrowband signals in the presence of multipath propagation,”in Proc.IEEE 7th Sens.Array and Multichannel Signal Process.Workshop,pp.497-500,Hoboken,NJ,2012.)，該算法僅能解決不相關信號和一組相干信號混合情況下的個數估計問題。本發明因此而來。

發明內容

本發明目的在于提供一種非相干和相干信號混合情況下的信號個數檢測方法，經過大量仿真實驗證實，本方法在更少的快拍數和低信噪比下優于經過FBSS預處理的MDL/AIC方法、MENSE和SRP。

為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是：

一種非相干和相干信號混合情況下的信號個數檢測方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

(1)基于均勻線陣獲得入射信號的互協方差矩陣以及互協方差矩陣的外積矩陣，由互協方差矩陣和它的變換矩陣構造第一聯合矩陣并得到第一聯合矩陣的外積矩陣；

(2)根據互協方差矩陣的外積矩陣和第一聯合矩陣的外積矩陣的秩基于QR分解的比例準則得到非相干信號個數和相干信號組數；

(3)根據子空間的正交性求導向矩陣的非相干部分，對投影到非相干信號空間的互協方差矩陣進行QR分解；根據導向矩陣的非相干部分與QR分解的結果估計斜投影算子；所述斜投影算子用于抑制接收陣列數據中的非相干信號實現信號分離；

(4)采用斜投影算子對互協方差矩陣進行投影運算，根據投影后的互協方差矩陣，將其分割為2L個前向疊加子矩陣和2L個后向疊加子矩陣；根據前向疊加矩陣和后向疊加矩陣生成第二聯合矩陣；根據第二聯合矩陣構造第二聯合矩陣的外積矩陣；根據第二聯合矩陣的外積矩陣的秩基于QR分解的比例準則求得相干信號個數。

優選的技術方案中：所述方法步驟(2)中根據第一聯合矩陣的外積矩陣的秩基于QR分解的比例準則得到非相干信號個數。