[發(fā)明專利]一種基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的離格波達(dá)方向估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811365309.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN109490819B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳曉歡;張澤云;朱衛(wèi)平;顏俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S3/12
• 分類號(hào): G01S3/12
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

1.一種基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的離格波達(dá)方向估計(jì)方法，應(yīng)用于陣列天線對(duì)空域信號(hào)的接收，所述空域信號(hào)為窄帶入射信號(hào)，其特征在于，所述方法包括步驟：

S1、在接收端構(gòu)建由M個(gè)陣元組成的稀疏陣列并建立陣列接收信號(hào)模型：先利用N個(gè)陣元構(gòu)建一個(gè)相鄰陣元間距為窄帶入射信號(hào)波長一半的均勻線性陣列；保持所述均勻線性陣列首尾兩個(gè)陣元不變，去除所述均勻線性陣列中間的N-M個(gè)陣元構(gòu)成所述稀疏陣列；并構(gòu)建由K個(gè)所述窄帶入射信號(hào)構(gòu)成的陣列接收信號(hào)模型X＝A_ΩS+E_Ω，其中，X＝[x(1),...,x(L)]為陣列接收信號(hào)，L為陣列接收到的快拍數(shù)，S為入射信號(hào)波形，A_Ω＝[a_Ω(θ₁)，...，a_Ω(θ_K)]為陣列流形矩陣，為窄帶入射信號(hào)的入射角對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向矢量，Ω_M表示集合Ω中的第M個(gè)元素，[·]^T表示轉(zhuǎn)置操作，E_Ω為噪聲矩陣，不同陣元上接收到的噪聲之間相互獨(dú)立；

S2、將待觀測的角度域空間進(jìn)行均勻劃分建立網(wǎng)格集合基于所述網(wǎng)格集合和與所述網(wǎng)格集合對(duì)應(yīng)的拓展陣列流形矩陣構(gòu)建所述陣列接收信號(hào)模型的稀疏信號(hào)重構(gòu)模型其中，表示虛擬信號(hào)，且滿足均值為零、方差為Γ的高斯分布，Γ＝diag(η)表示Γ的對(duì)角線元素組成的向量為η，且η表示所述虛擬信號(hào)的功率譜，為關(guān)于的一階偏導(dǎo)，Δ＝diag(δ)是一個(gè)對(duì)角陣，δ表示K個(gè)信號(hào)的入射角相比于最接近的網(wǎng)格的量化誤差；

S3、設(shè)定一由N個(gè)陣元所組成的均勻虛擬陣列，基于所述稀疏信號(hào)重構(gòu)模型構(gòu)建所述均勻虛擬陣列接收信號(hào)的稀疏信號(hào)重構(gòu)模型其中，Y表示虛擬陣列接收信號(hào)，表示所述虛擬陣列對(duì)應(yīng)的陣列流形矩陣，為關(guān)于的一階偏導(dǎo)，E表示虛擬陣列接收到的噪聲矩陣；

S4、利用稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)思想對(duì)所述稀疏信號(hào)重構(gòu)模型采用期望最大化求解得到所述稀疏信號(hào)重構(gòu)模型的輸出信號(hào)Y；

S5、畫出所述輸出信號(hào)Y的功率譜η的波形，根據(jù)一維譜峰搜索方法尋找功率譜上的峰值，并將這些峰值從大到小排列，取前K個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的角度方向φ作為波達(dá)方向的初步估計(jì)結(jié)果，并取θ＝φ+δ為波達(dá)方向的最終估計(jì)結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的離格波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，步驟S1中，所述均勻線性陣列的位置為Ω＝{1,...,N}，所述稀疏陣列的位置為Ω＝{Ω₁,...,Ω_M}，K個(gè)所述窄帶入射信號(hào)的入射角度為θ＝{θ₁,...,θ_K}。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的離格波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，為所述網(wǎng)格集合的導(dǎo)向矢量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的離格波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述虛擬信號(hào)為一稀疏度為K的行稀疏矩陣，且所述虛擬信號(hào)每一列僅包含K個(gè)非零值；且K個(gè)所述非零值與所述網(wǎng)格集合一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的離格波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，步驟S4包括：

S41、初始化指定參數(shù)的值：令δ＝0，并確定所述空域信號(hào)在傳遞過程中的噪聲功率

S42、計(jì)算虛擬陣列輸出信號(hào)：由公式計(jì)算得到所述輸出信號(hào)Y，其中其中，P為選擇矩陣，[·]^H表示共軛轉(zhuǎn)置操作，P的第m行僅第Ω個(gè)元素為1，其余全為0；

S43、驗(yàn)算虛擬信號(hào)輸出后的均值和方差：由公式計(jì)算所述均值，由公式計(jì)算所述方差，其中，

S44、利用貝葉斯學(xué)習(xí)思想計(jì)算所述功率譜η的迭代公式以及噪聲功率σ的迭代公式

S45、δ＝U^-1G計(jì)算量化誤差δ，式中，

S46、設(shè)定一循環(huán)終止準(zhǔn)則其中η⁽ⁱ⁾表示第i次迭代的輸出功率，并判斷所述終止準(zhǔn)則是否成立，若不成立，返回步驟S41；成立則迭代終止并進(jìn)入步驟S5。