[發明專利]無需信源數估計的相干信號波達方向估計方法及系統

有效

• 申請號: 201410195587.6
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104156553B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 錢誠;黃磊;蔣雙;楊云川;黃敏
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 于標

1.一種無需信源數估計的相干信號波達方向估計方法，其特征在于，包括如下步驟：

初始化步驟：考慮一具有2M+1個陣元的均勻線陣，假設有P個窄帶遠場信號從不同方向{θ₁,L,θ_P}入射到該陣列，前K個信號是互相干的，其余P-K個信號是互不相關的并且獨立于前K個信號，x(t)表示接收樣本數據；

協方差矩陣計算步驟：計算樣本x(t)的協方差矩陣

構造Toeplitz矩陣步驟：選擇的前M+1行構造M+1個Toeplitz矩陣

構造中間變量步驟：計算矩陣和其中是導向矢量，Δ是陣元間間距，λ是載波波長；

功率譜計算步驟：通過公式計算功率譜；

搜索步驟：搜索θ，找到P(θ)的峰值對應的角度即為DOA的估計值。

2.根據權利要求1所述的相干信號波達方向估計方法，其特征在于，在所述初始化步驟中：考慮一具有2M+1陣元的均勻線陣ULA，假設有P個遠場窄帶信號從不同方向{θ₁,L,θ_P}入射到該陣列，其中P≤M+1，前K個信號是互相干的，其余P-K信號均是互不相關的且獨立于前K個信號，令第一個信號d₁(t)作為參考信號，則第k個相干信號可以表示為：

其中，ρ_k幅度衰減因子，δφ_k是相位變化，ρ_k和δφ_k不會影響信號之間的相干性，令第m個陣元所接收的信號可以表示為：

其中，d_i(t)是第i個信號的復包絡，λ是載波波長，Δ＝λ/2是陣元間間距，假設噪聲n(t)是零值為零且方差為σ²的白高斯噪聲，則觀測向量可以表示為：

x(t)＝[x_-M(t),L,x₀(t),L,x_M(t)]^T

＝Ad(t)+n(t) (3)

其中d(t)＝[d₁(t),L,d_P(t)]^T是信號向量，A＝[a(θ₁),L,a(θ_P)]是陣列流行，其中，第p個導向矢量可以表示為：

3.根據權利要求2所述的相干信號波達方向估計方法，其特征在于，在所述協方差矩陣計算步驟中：樣本x(t)的協方差矩陣表示為：

R＝E{x(t)x^H(t)}. (5)。

4.根據權利要求3所述的相干信號波達方向估計方法，其特征在于，在所述構造Toeplitz矩陣步驟中：在式(5)中，表示對隨機變量x求數學期望；基于相干信源的數學模型，R的第(m,n)個元素表示為：

其中

選擇R的第m行構造如下Toeplitz矩陣：

式中，I_M+1,m是(M+1)×(M+1)矩陣，第m個對角元素為1，其他元素為0，表示一個新的導向矢量矩陣，第p個導向矢量為S_m＝diag{s_m,1,L,s_m,P}表示偽信號協方差矩陣。

5.根據權利要求4所述的相干信號波達方向估計方法，其特征在于，在所述構造Toeplitz矩陣步驟中，通過Toeplitz轉換得到(M+1)個滿秩的偽協方差矩陣；在所述構造中間變量步驟中，利用(M+1)個Toeplitz矩陣構造出中間變量F和G(θ)。