[发明专利]一种未知信源数高精度波达方向估计方法

说明书

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种未知信源数高精度波达方向估计方法。

背景技术

信号的波达方向估计是阵列信号处理领域的的重要问题，经过几十年的发展，已经提出了很多波达方向的估计方法，比如最经典的MUSIC，ESPRIT等估计算法。但是这些算法鲜有能应用在实际场景中的，主要有两方面的原因，第一，大部分波达方向估计方法都是假设信源数是已知的，然而实际情况中信源数是未知的，这就需要预先估计信源数，而信源数估计算法还很不成熟；第二，这些高分辨波达方向估计方法，需要对接收自相关矩阵进行特征分解，这对硬件的实时处理带来很大挑战。

目前，已知的适用于未知信源数波达方向估计方法，主要是Capon方法。虽然该方法不需要特征分解，空间谱正比于对应方向的信号功率，实现起来也比较简单，但是受到阵列孔径的限制，角度分辨率较低，尤其在低信噪比和低快拍数的情况下，和经典的超分辨MUSIC算法相比，性能差距很大，很难达到实际系统的要求。

发明内容

本发明所要解决的是现有未知信源数波达方向估计方法要受到阵列孔径的限制的问题，提出一种未知信源数高精度波达方向估计方法，在信源数未知的情况下，不用估计信源数就能以较高的精度估计出信号的波达方向，而且不用进行特征分解，使计算量大大降低，便于硬件实现。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种未知信源数高精度波达方向估计方法，包括如下步骤：

步骤1：设定K个不同的时间平滑间隔τ_k，并分别用这K个平滑间隔τ_k去对天线阵列所接收数据进行时间平滑处理，由此构建K个空时自相关矩阵R_X(τ_k)；其中k＝1,2,…K,K；

步骤2：根据式①计算最终的组合空时自相关矩阵F；即

F=Σk=1KRXH(τk)RX(τk)]]>   ①

式中，R_X(τ_k)为步骤1所构建出的空时自相关矩阵，为R_X(τ_k)的共轭转置；

步骤3：根据式②计算波达方向估计的空间谱函数即

   ②

式中，F为步骤2所计算的组合空时自相关矩阵，为天线阵列某一方向的方向向量，φ和分别为方位角和俯仰角，为的共轭转置；

步骤4：逐步改变搜索方向即逐步改变角度对步骤3所得的空间谱函数进行谱峰搜索；该谱峰搜索所搜索出的极大值点的个数及这些极大值点所对应的方向，即为所估计的信源个数及波达方向。

在步骤1中，设天线阵列所接收数据为X(t)，平滑间隔为τ；则经过平滑处理后所得的空时自相关矩阵R_X(τ)为：

R_x(τ)＝E[X(t)X^H(t-τ))]   ③

式中，X^H(t-τ)为X(t-τ)的共轭转置。

所述平滑间隔τ_k的个数K介于3～5之间。

所述平滑间隔τ_k的个数K为3。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、在信源数未知的情况下，不用预先估计信源数便能可靠的估计出信号的波达方向，且不需要对接收信号的自相关矩阵进行特征分解，因此该方法可靠性强，计算量小，易于硬件实现，使得波达方向估计应用在实际系统中成为可能，能适用于任意阵列的波达方向估计；