[發明專利]一種相干信號DOA估計方法

在審

• 申請號: 202011356468.6
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112731272A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 朱圣棋;王祎;房云飛;許京偉;曾操;劉婧;劉永軍;蘭嵐
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S3/00
• 分類號: G01S3/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種相干信號DOA估計方法，包括建立相干信號模型，根據所述相干信號模型得到接收信號數據；利用所述相干信號模型計算所述接收信號數據的協方差矩陣；根據所述協方差矩陣計算無噪聲接收信號數據；根據所述無噪聲接收信號數據建立等效源向量；建立權向量，根據所述權向量、所述等效源向量進行DOA估計。本發明考慮到了空域相關高斯噪聲和相干信號，并利用設計的權向量和等效源向量進行DOA估計，提高了DOA估計的性能，且計算成本相對較低。

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，具體涉及一種相干信號DOA估計方法。

背景技術

信號的波達方向(Direction-Of-Arrival，簡稱DOA)估計是陣列信號處理中的一個重要的研究課題，在軍事領域(雷達、聲納、通信)和經濟領域(無人駕駛)中有著廣泛的應用。隨著無人駕駛技術的快速發展，在復雜的城市交通環境(如大面積樹木和建筑物的散射效應)中，提高靜止目標的檢測性能和定位分辨率是一項極其重要的任務。

目前，經典的信號子空間的DOA估計算法，例如多重信號分類算法(MultipleSignal Classification Algorithm，簡稱MUSIC)和借助旋轉不變技術估計信號參數算法(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques，簡稱ESPRIT)，可以在信號不相關和部分相關的情況下提供高分辨率的DOA估計。以MUSIC為代表的經典信號子空間算法使測向定位技術突破了分辨率的限制，但該算法有計算量大、在低信噪比條件下性能不佳等缺點，且該算法不能直接對相干信號進行處理，而利用空間平滑的方法解相干則會損失一定的陣列孔徑。此外，傳統的子空間算法通常采用的一個關鍵假設是建立不相關或非相干信號模型。然而在實際環境中，由于發射信號的多徑傳播或有意干擾，往往會產生相干信號。在這種情況下，由于信號協方差矩陣不是滿秩的，基于子空間的DOA估計方法都將失效。與經典的空間譜估計法相比，基于稀疏表示的DOA估計法具有很高的估計精度，無需任何預處理，并可直接應用于相干信號，因而得到了國內外學者的廣泛關注。F.M.Han and X.D.Zhang，“An ESPRIT-like algorithm for coherent DOAestimation，”IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.，vol.4，pp.443-446，Dec.2005，提出了一種DOA估計方法(以下簡稱為類似Esprit算法)，該方法利用對稱的陣列傳感器結構，得到一個秩與輸入信號間的相干性無關的等效信號Toeplitz矩陣，利用該等效信號Toeplitz矩陣實現DOA估計；S.U.Pillai and B.H.Kwon，“Forward/backward spatialsmoothing techniques for coherent signal identification，”IEEE Trans.Acoust.，Speech，Signal Process.，vol.37，no.1，pp.8-15，Jan.1989.，提出了一加權空間平滑方法(以下簡稱FBSS算法)，該方法通過創建一個平滑陣列輸出協方差矩陣結合基于特征結構技術實現DOA估計而不考慮信號的相關性；C.Qian，L.Huang，Y.Xiao，and H.C.So，“Localization of coherent signals without source number knowledge in unknownspatially correlated Gaussian noise，”Signal Process.，vol.111，pp.170-178，Jun.2015，提出了一種不需要知道源數的信號定位方法(以下簡稱Qian算法)，該方法利用對稱陣列模型和四階累積量分別去相關相干信號和抑制未知的空域相關噪聲，然后利用聯合對角化算法實現DOA估計。

但是，上述類似Esprit算法沒有有效利用接收信號協方差矩陣的全部信息，DOA估計性能比較差；FBSS算法只有在信號高度相關的條件下才能正常工作，并且可能會發生信號抵消影響DOA估計性能；Qian算法盡管可以抑制噪聲，但會導致相當大的計算量并且需要大量時間。

發明內容