[发明专利]一种基于压缩感知的频率和角度联合估计的方法

说明书

本发明公开了一种基于压缩感知的频率和角度联合估计的方法，方法中，通过将频率和角度合成为一个参数即方向波数，完成将二维问题简化为一维问题；通过利用压缩感知方法构造稀疏模型，求解一维参数；通过将已求方向波数信号进行相关性配对，求解出频率，此时频率为相应方向波数对应的频率，即实现参数自动配对；通过相应方向波数和频率求解出角度参数，完成频率/角度联合估计。此方法，频率求解和配对同步完成，无需特定参数配对过程，因此方法较为简单；可在较低信噪比和较小快拍数的条件下对信源进行定位，获得较高的频率和角度估计精度，确保在空域和频域上无模糊现象。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，尤其涉及一种基于压缩感知的频率和角度联合估计的方法。

背景技术

信源定位是目标定位与识别的一个重要领域，涉及雷达、通信、声呐、生物医学等多个国民经济和军事应用领域。随着现代电磁环境的日益复杂，传统模拟体制的接收机已很难适应时代的需求，数字接收机成为了信源定位发展的必然选择。数字接收机中信号处理算法的好坏直接决定了其性能，因此，寻求有效的信源定位处理方法已经成为了阵列信号处理中的重要研究课题。近年来，稀疏重构和压缩感知理论成为了信号处理领域的研究热点，利用信号的稀疏性，以少量的观测数据就可以对信号实现重构。为了提高定位的准确性与稳定性，接收机往往要覆盖全空域和全频段，而阵列某一时刻侦收到的信号在空域或频域是稀疏的，因此将稀疏重构和压缩感知理论应用到阵列信号处理领域进行信源定位具有广阔的发展前景。

基于频率/角度定位的传统方法是将测频和测向分为两个独立的系统，不免造成体积庞大，灵敏度的缺点，随后学者们又提出了一些基于经典算法的联合估计算法，这类方法都有一个共同缺点：数据量大，计算复杂。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于压缩感知的频率和角度联合估计的方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于压缩感知的频率和角度联合估计的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构造阵列接收信号；

步骤二、将阵列接收信号降低维度；

步骤三、构造方向波数域稀疏信号；

步骤四、利用OMP方法求出方向波数；

步骤五、信号与方向波信号进行频域相关性匹配；

步骤六、获得方向波数相匹配的频率，求出角度。

进一步地，所述步骤一构造阵列接收信号具体为：

将整个方向波数域进行等格离栅分为LN个等份，以每一个离栅格点的导向矢量作为变换基矩阵的一个列，构造一个N×LN维的变换基矩阵Ψ_N×LN，用数学方法表示为

其中，为等格划分后潜在可能的方向波数值，为构造的潜在方向波数导向矢量。

进一步地，所述步骤三构造方向波数域稀疏信号具体为：

将第t个快拍时刻线阵接收到的信号稀疏表示为

x(t)＝Ψy(t)+w(t) (2)

其中，y(t)_LN×1第t个快拍时刻线阵接收到的信号的稀疏表示；

利用高斯随机矩阵Φ_M×N对信号进行观测，观测信号被表示为

其中，z(t)_M×1为第t个快拍时刻线阵接收到的信号经过压缩观测后的观测信号，T_M×LN为压缩感知恢复矩阵。