[發明專利]一種二維MUSIC算法估計波達方向的并行計算方法

有效

• 申請號: 201710486807.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107037398B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 甘露;趙文揚;廖紅舒
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明屬于通信技術領域，尤其涉及一種二維MUSIC算法估計波達方向的并行計算技術。本發明方法將整一個大空域分成了若干個子空域，且在空間之間的邊界上也可以估計到目標，同時可以提高計算速度，同時可以搜索到空域交界處的目標，并估計其方位角和俯仰角信息。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，尤其涉及一種二維MUSIC算法估計波達方向的并行計算技術。

背景技術

空間信號到達方向估計(Direction of Arrival，DOA)是陣列信號處理中的一個基本問題，同時在雷達、通訊、聲納，還是地震勘探等領域有著很大的應用場景。并且，隨著移動通信技術的發展進步，智能天線研究不斷深入，DOA估計也成為移動通信領域一個研究的熱點。同時DOA估計是現代電子戰中的一個研究熱點。而隨著現代空間譜技術的發展，基于子空間的方法，如MUSIC類算法、子空間擬合類算法，具有良好的估計性能、較高的估計分辨率以及較高的算法穩健性，在DOA估計中具有重要的應用價值。

目前，常采用常規波束形成法，也稱Bartlett波束形成法。這種方法是基于傳統時域傅里葉譜估計法的一種簡單改進型，其主要思想是以空域各陣元數據代替傳統時域處理的數據。這種方法，繼承了時域傅里葉的缺點，即其角度分辨率同樣有“傅里葉限”，角度分辨力有限，通常稱為“瑞利限”。也就是說，在實際工程中，角度分辨力受波束寬度的限制，此時提高角度分辨率最好的方法是增加陣元數，這樣往往是不切實際的。還有一些時間信號頻率估計的算法應用在DOA估計上，如AR、MA和ARMA等算法，但這一類的算法只能應用于信號源在空間是連續分布的，且信號是平穩的隨機過程的情況下。基于這些限制此類算法在大多數情況下也是不適用的。而眾多DOA估計算法里，MUSIC算法是現代超分辨率DOA估計的里程碑，其通過協方差矩陣進行特征分解，得到噪聲子空間，利用信號子空間與噪聲子空間正交的特性估計出波達方向，這樣得到的譜峰很尖銳從而擁有很高的角度分辨率。二維MUSIC算法是二維DOA估計的經典算法，這種方法擁有很高的角度分辨率，同時還可以應用于背景噪聲為色噪聲的情況，并且可以產生漸近無偏的來波方向估計，但是要求在二維空間內進行譜峰搜索，計算量非常的大，為了提高計算速度，就需要引入相關并行計算的技術。但是傳統的并行方式，因為空域分割問題，存在著子空域邊界無法估計信號方位信息的問題。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提出一種二維MUSIC算法估計波達方向的并行計算方法，該方法可以提高計算速度，同時可以搜索到空域交界處的目標，并估計其方位角和俯仰角信息。

一種二維MUSIC算法估計波達方向的并行計算方法，包括如下步驟：

S1、設定需要掃描空域的個數為K，俯仰角的掃描區域[θ₁ θ₂ … θ_n]和每個空域各自方位角的掃描區域[φ_k1 φ_k2 … φ_km]，俯仰角與方位角共同組成K個二維空域，其中，k＝1,2,…,K，K與掃描完成需要的時間成反比；

S2、由下式同時計算S1所述K個空域的各自的MUSIC譜P(θ_i,φ_kj)，

其中，L為陣元的個數，(x_l,y_l,z_l)為第l個陣元的坐標信息，G∈C^L×L-N為噪聲子空間,N為信號源的個數，l＝1,2,3，...，L；

S3、同時找出S1所述K個空域里，每個MUSIC譜P(θ_i,φ_kj)中的L個最大的譜峰，得到L×K個譜峰值與其對應的俯仰角、方位角，即P_q(θ_i,φ_kj)，其中，q＝1～L×K；