[发明专利]一种宽带相干信号波达角估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带相干信号波达角（Direction of Arrival，简称DOA）估计方法。

背景技术

在各种高分辨DOA估计算法中，以MUSIC算法为代表的子空间分解类算法由于其分辨力高、性能稳定，受到广泛关注，然而这类算法为了得到噪声子空间或信号子空间需要对阵列数据协方差矩阵进行特征值分解，运算量比较大，对DOA估计的软硬件系统要求较高。传播算子法（PM）仅通过简单的线性运算无需特征值分解即可得到噪声子空间的估计，减小了运算量。基本的传播算子法是针对窄带非相关信号的，在中高信噪比下性能接近MUSIC算法，但在低信噪比下性能下降。基于相干信号子空间法（CSM）的传播算子法（PM）可以实现宽带相干信号的DOA估计，但需要预估方位，预估精度影响DOA估计性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种不需要预估方位的基于传播算子（PM）的宽带相干信号DOA估计方法，并可以提高低信噪比和小快拍数条件下PM算法的DOA估计性能。

本发明提供了一种可用于声纳、雷达和无线通讯系统的宽带相干信号DOA估计方法，利用变换矩阵对不同频点处的协方差矩阵R_x(f_j)进行变换，构造导向协方差矩阵，利用导向协方差矩阵估计传播算子和噪声子空间，计算空间谱并进行DOA估计。

本发明的具体方法为：

步骤一、利用变换矩阵对不同频点处的协方差矩阵R_x(f_j)进行变换，构造导向协方差矩阵：

Z(θ)=Σj=1JTj(θ)Rx(fj)TjH(θ)]]>

其中，变换矩阵为：

其中ω_j＝2πf_j，f_j为第j个频点的频率；τ_m(θ),1≤m≤M，为从方位角θ入射到第m个阵元的信号相对于参考点的延时，M为阵元数；J为频点数；H表示共轭转置；

步骤二、利用导向协方差矩阵估计传播算子和噪声子空间，并进行噪声子空间正交化；步骤三、采用MUSIC算法由下式计算空间谱并进行波达角估计：

P^(θ)=11HQ^0Q^0H1]]>

其中1＝[1,1,…,1]^T为M×1维的导向向量，T代表转置。

所述估计传播算子和噪声子空间采用如下方法：

1)对导向协方差矩阵Z(θ)分块；