[發明專利]一種多徑信號波達方向和擴散角快速估計新方法

在審

• 申請號: 202110720072.3
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113625220A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 田全;蔡睿妍
• 申請（專利權）人: 臺州學院
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 蓋小靜

1.一種多徑信號波達方向和擴散角快速估計新方法，其特征在于，包括：

構建陣列輸出信號的分布源模型；

獲取陣列輸出信號的協方差矩陣，對所述協方差矩陣進行奇異值分解，得到信號子空間和噪聲子空間，通過所述噪聲子空間構建二維空間譜，在所述二維空間譜進行分布源波達方向和擴散角的估計；

采用單峰共軛對稱函數對分布源的確定性角信號密度函數進行描述，并結合小角度近似理論，重建均勻線性陣列的廣義陣列流形，實現波達方向和擴散角的分離；

構建二次優化函數，得到波達方向的一維空間譜，通過該一維空間譜獲得波達方向估計；

獲取擴散角的一維空間譜，通過該一維空間譜獲得擴散角估計。

2.根據權利要求1所述一種多徑信號波達方向和擴散角快速估計新方法，其特征在于，設L個分布源信號入射到均勻線性陣列上，所述均勻線性陣列包括M個信號接收傳感器，利用復包絡表示法，傳感器輸出的信號向量x表述為：

其中，對于第i個分布源，s_i(θ,ψ_i)為角信號密度，包含目標信源的波達方向和擴散角σ_i，a(θ)為均勻線性陣列的導向向量，n為噪聲向量，Θ＝[-π/2,π/2]為分布源的觀測范圍；

由于信號和噪聲是不相關的，將信號向量x的相關矩陣表示為：

R_xx＝E(xx^H)＝R_ss(ψ)+R_nn (2)

其中，R_ss(ψ)為純凈信號的相關矩陣，R_nn為噪聲的相關矩陣；

定義角互相關核為：

則R_ss(ψ)重寫為：

由于一般情況下多個目標信源是不相關的，故角互相關核簡化為：

ρ_ij(θ,θ′,ψ_i,ψ_j)＝δ_ij·μ_i(θ,θ′,ψ_i) (5)

其中，δ_ij是Kroneckerdelta函數，并且第i個目標信源的角自相關核為：

此時，分布源的角信號密度為：

s_i(θ,ψ_i)＝χ(θ,ψ_i)ζ_i (7)

其中，χ(θ,ψ_i)為確定性角信號密度函數，ζ_i為一個復值隨機變量。

3.根據權利要求1所述一種多徑信號波達方向和擴散角快速估計新方法，其特征在于，獲取陣列輸出信號的協方差矩陣，對所述協方差矩陣進行奇異值分解，得到信號子空間和噪聲子空間，具體為：

對M個特征值從大到小排序，將L個較大特征值對應的特征向量分成一組，其余M-L個較小特征值對應的特征向量分成另一組，則L個較大特征值對應的特征向量為信號子空間U_s，M-L個較小特征值對應的特征向量為噪聲子空間U_n。

4.根據權利要求3所述一種多徑信號波達方向和擴散角快速估計新方法，其特征在于，通過所述噪聲子空間構建二維空間譜，具體為：

在所述二維空間譜進行分布源波達方向和擴散角的估計，具體為：

其中，為ψ的估計值，b(ψ)為均勻線性陣列的廣義導向向量。

5.根據權利要求1所述一種多徑信號波達方向和擴散角快速估計新方法，其特征在于，采用單峰共軛對稱函數對分布源的確定性角信號密度函數進行描述：

此時，結合小角度近似理論，重建均勻線性陣列的廣義陣列流形為：

定義函數h(σ)為：

因此，均勻線性陣列的廣義陣列流形進一步表示為：

式(13)實現了波達方向和擴散角的分離。