[發(fā)明專利]基于協(xié)方差矩陣稀疏表示的遠場窄帶DOA估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410238927.9
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103983944A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 費曉超;羅曉宇;甘露;廖紅舒
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/12
• 分類號: G01S3/12
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李玉興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陣列信號處理領(lǐng)域，主要涉及遠場窄帶DOA估計。

背景技術(shù)

波達方向(DOA)估計一直是陣列信號處理中一個重要的研究領(lǐng)域，它在雷達、聲納、無線通信及電子對抗和偵查等領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。如何快速地，高精度地實現(xiàn)DOA估計一直是陣列信號處理不斷研究和努力的方向。其中經(jīng)典的算法有：多重信號分類(Multiple?Signal?Classification,MUSIC)算法、旋轉(zhuǎn)不變子空間(Estimation?of?Signal?Parameters?via?Rotational?Invariance?Technique,ESPRIT)算法等子空間類算法和最大似然估計類算法(Maximum?Likelihood,ML)等。然而，基于子空間理論的DOA估計方法雖然實現(xiàn)了超分辨?zhèn)认颍且坏╆嚵锌炫臄?shù)不足或者出現(xiàn)相干信號源時，這類方法不能有效地區(qū)分信號子空間和噪聲子空間，其性能會急劇下降。而最大似然估計類算法由于要進行復雜的多維搜索而不具有實用性。

近年來，基于壓縮感知的稀疏表示理論的興起和發(fā)展為DOA估計問題提供了一種新思路。只要信號在某個變換域下具有稀疏性，就可以利用相應(yīng)的算法以極高的概率精確地重構(gòu)原始稀疏信號。在空間譜估計的陣列模型中，通常假設(shè)空域范圍內(nèi)只存在少數(shù)的點目標，因此，波達方向角在空域上具有稀疏性。標準的壓縮感知理論中，使用l₀范數(shù)作為目標函數(shù)來保證重構(gòu)信號的稀疏性，但是最小化l₀范數(shù)是一個組合優(yōu)化問題，難以有效地求解，后來研究證明將l₀范數(shù)松弛為l₁范數(shù)依然能保證重構(gòu)信號的稀疏性，因此如何用l₁范數(shù)來精確重構(gòu)稀疏信號得到了廣泛的研究。

基于稀疏重構(gòu)進行DOA估計的研究工作一直非?；钴S。Malioutov等基于稀疏重構(gòu)思想提出了l₁-SVD算法，該算法最突出的貢獻是在多快拍條件下通過奇異值分解(Singular?Value?Decomposition,SVD)來減小數(shù)據(jù)矩陣的規(guī)模以及降低噪聲的影響，使得該算法的計算量不會隨著快拍數(shù)的增加而增加，而且具有較高的估計精度。然而，這些基于稀疏表示的算法通常假設(shè)所有的真實波達方向角都位于預先設(shè)定的離散化網(wǎng)格上，即網(wǎng)格匹配的模型，這導致了這類算法在波達方向角不在網(wǎng)格上時估計性能急劇惡化。另一方面，雖然更密集的網(wǎng)格理論上可以減小重構(gòu)誤差，但是太過密集的離散化網(wǎng)格會使得過完備化字典原子間高度相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于協(xié)方差矩陣稀疏表示的遠場窄帶DOA估計方法。在網(wǎng)格匹配的情況下可以精確地估計波達方向角，在網(wǎng)格失配的情況下，能夠?qū)嵌戎颠M行修正，提高估計精度。

本發(fā)明的思路是：本發(fā)明基于空間協(xié)方差矩陣稀疏表示的模型，首先在網(wǎng)格匹配的假設(shè)下用最優(yōu)最小化方法估計得到網(wǎng)格上的角度值，然后針對網(wǎng)格失配的情況，通過一階泰勒展開來逼近真實的導向矢量，進而對估計得到的網(wǎng)格點進行修正。

本發(fā)明的目的通過如下步驟實現(xiàn)：