[發明專利]基于去預延遲模塊的空時結構的信號源DOA估計方法

有效

• 申請號: 201810566611.0
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108414965B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 謝菊蘭;胡君麗;陳敲月;謝明
• 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: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

本發明公開了一種基于去預延遲模塊的空時結構的信號源DOA估計方法，屬于自適應陣列信號處理技術鄰域。本發明基于去除預延遲結構的空時處理結構，利用線性約束最小方差準則求取角度搜索范圍內的權值，然后畫出譜函數P(θ)＝|W^HRW|，再對其進行譜峰搜索，由譜函數的峰值位置得到信號源的DOA估計。本發明利用去預延遲處理的空時結構實現信號源DOA估計，不用將寬帶信號分解為窄帶信號，也不用進行信號源個數的估計。所以，本發明的DOA估計方法與基于空頻結構的信號源DOA估計算法相比，計算過程相對簡單，計算量大大減少，且在信號數據量較少和低信噪比的條件下，分辨率有所提高。

技術領域

本發明涉及自適應陣列信號處理技術領域，具體是涉及在基于空時去預延遲結構的一種信號源DOA(Direction Of Arrival)估計方法。

背景技術

現有的非相干寬帶信號的DOA估計算法主要是非相干信號子空間方法(ISM，incoherent signal-subspace method)，這類算法的基本思想是將寬帶數據分解為不重疊頻帶上的窄帶數據，然后分別對每個頻帶進行窄帶信號子空間處理，從而獲得對各子帶(各頻率點)信號的角度估計，再通過對這些各子帶信號DOA的估計值進行組合得到最終結果。其中基于空頻結構的非相干信號子空間方法是實際中常用的信號源DOA估計方法。然而實際應用中，當處理數據較多時，這種基于空頻結構的信號源DOA估計算法處理復雜，計算量大；處理數據較少時，此算法的測向誤差會加大。所以，在信號數據較少且低信噪比的條件下，此信號源DOA估計算法將不再適用。

考慮有K個分別來自方向θ₁,θ₂,…,θ_K的非相干遠場寬帶信號s₁(n),s₂(n),…,s_K(n)，假設K≤M，M是均勻線陣的陣元數目。陣元m的接收信號可以表示為：

其中，n＝1,2,…,N，N為信號快拍數，τ_m(θ_k)是第k個信號到達陣元m時，相對于該信號到達參考陣元(陣元0)的時間延遲；v_m(n)是加性噪聲。且假設入射信號與噪聲之間均相互獨立。

為了求得信號源DOA估計，基于空頻結構的非相干信號子空間方法的求解思路是將每個陣元的接收信號x_m的N點觀察數據分成J段，每段Q個數據，其中表示向下取整，對第j段的Q個接收數據，有x_m(n)，n＝jQ+1,jQ+2,…,(j+1)Q,j＝0,1,…,J-1，計算x_m(n)的Q點DFT(用FFT實現)，將x_m(n)分解為Q個不重疊的窄帶分量。在頻率f_q處，陣列接收信號頻域表示為

分別定義在頻率f_q處的窄帶信號向量x(f_q,j)和s(f_q,j)，以及噪聲向量v(f_q,j)為

并定義在頻率f_q處的窄帶方向矩陣為

A(f_q)＝[a(f_q,θ₁)a(f_q,θ₂)…a(f_q,θ_K)]^T (4)

其中，向量a(f_q,θ_k)是在頻率f_q處的窄帶導向向量，有

于是，式(2)的向量形式為