[發明專利]一種非均勻噪聲背景下的信號波達方向估計方法

有效

• 申請號: 202110383603.4
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113219401B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 朱圣棋;房云飛;王祎;曾操;許京偉;蘭嵐;賀雄鵬;劉永軍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 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

1.一種非均勻噪聲背景下的信號波達方向估計方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1，根據預設信號模型，表示天線陣列獲取到的接收信號；

步驟2，對接收信號中的非均勻噪聲執行消除操作，以得到目標協方差矩陣；

步驟3，基于所述目標協方差矩陣，估計所述接收信號的波達方向；

設定天線陣列中包括M個陣元，所述步驟1，包括：

將天線陣列在時間t處獲取到的接收信號x(t)表示為：

其中，表示L個輸入信號，表示輸入信號作用到M個陣元組成的一維對稱等距線陣的角度，表示輸入信號波形矢量，表示流型矩陣，表示M維輸入信號的導向矢量，表示非均勻噪聲；β_m＝2πd_msin(θ_l)/λ表示第l個輸入信號的波達方向；d_m和λ分別表示第m個陣元與第1個陣元的間距和波長；

所述步驟2，包括：

步驟2a，根據最小二乘準則，獲取輸入信號波形矢量s(t)的最小二乘估計表示為：

其中，A⁺是A的廣義逆，A⁺＝A^H(AA^H)^-1；

步驟2b，獲取接收信號的協方差矩陣并對所述接收信號的協方差矩陣執行矢量化操作；

步驟2c，在接收信號的協方差矩陣中執行非均勻噪聲消除操作，以得到目標協方差矩陣y。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2b，包括：

步驟2b1，獲取輸入信號的協方差矩陣表示為：

其中，E表示統計平均運算，H表示共軛轉置運算；

步驟2b2，獲取接收信號的協方差矩陣表示為：

其中，N代表快拍數；

步驟2b3，對所述接收信號的協方差矩陣執行矢量化操作，表示為：

其中，是正則化參數，是虛擬導向矩陣，⊙表示Khatri-Rao積，p_l是第l個信號的信號功率；表示一個列向量，第m個元素位置是1，其他元素位置是0；是噪聲協方差矩陣，是第m個陣元的噪聲方差。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟2c，包括：

對矢量化操作之后的接收信號的協方差矩陣執行非均勻噪聲消除操作，以得到目標協方差矩陣y，表示為：

其中，和是新的虛擬導向矩陣，是一個選擇矩陣，即，G^T＝[G₁,G₂,…,G_M-1]；G_m表示為：表示為一個列向量，只在第i個元素位置為1，其他元素位置是0，i＝(m-1)(M+1)+2,…,m(M+1)，m＝1,2,…,M-1。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟3，包括：

步驟3a，基于所述目標協方差矩陣y，確定接收信號對應的初始稀疏矢量值

步驟3b，根據所述初始稀疏矢量值確定目標稀疏矢量，以通過所述目標稀疏矢量中的非零元素位置，估計所述接收信號的波達方向。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟3a，包括：

所述步驟3a1，提取目標協方差矩陣y中的稀疏矢量p；

所述步驟3a2，根據所述稀疏矢量p，確定初始稀疏矢量值表示為：

其中，和分別是Ψ的過完備字典，是帶有L個非零系數的稀疏矢量，K是過完備字典的列數，η是一個自定義的常量。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟3b，包括：

步驟3b1，根據尾部最小化算法，計算稀疏矢量值以得到估計支持度表示為：

其中，表示的L個最大分量的估計支持度，是的自然指標集的補集，ξ是門限參數；

步驟3b2，當成立時，將對應的稀疏矢量確定為目標稀疏矢量，其中，k是迭代次數，ε是容錯參數；

步驟3b3，將所述目標稀疏矢量中的非零元素位置確定為目標方向角，所述目標方向角為所述接收信號的波達方向。