[发明专利]对地扩频通信系统多目标检测、识别与二维角度估计方法

说明书

本发明提出了一种对地扩频通信系统多目标检测、识别与二维角度估计方法，充分利用来波信号的空时特性，构建出主特征向量与来波导向性矢量对应的时空DOA矩阵，进而利用主特征向量中包含的阵元相位信息，结合解模糊处理技术，计算得到准确的来波二维角度。本发明采用时空DOA矩阵法估计干扰/用户角度，无须全空域搜索即可直接给出各来波二维角度的闭式解，计算量小；此外，对接收到的基带数据进行干扰补空间投影处理，可以有效的抑制强干扰存在情况下对用户角度估计的影响。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种对地扩频通信系统多目标检测、识别与二维角度估计方法。

背景技术

中低轨道通信卫星对地覆盖张角(即俯仰角)大，如850km运行轨道，地面用户仰角20°情况下，卫星对地覆盖张角接近55°，为了实现整个覆盖范围内的对地通信，一般采用低增益弱方向性天线或者简单赋形波束天线。随着通信系统对通信质量和速率要求的提高，高增益天线需求越来越迫切，采用数字波束形成技术的数字阵列天线可以形成波束指向灵活的高增益同时多波束，是卫星通信系统的发展方向。波束增益的提高意味着波束宽度的减小，要求波束指向随着用户位置变化而快速改变，用户的定位成为关键。另外，当存在干扰信号的时候，可以通过数字波束形成技术在干扰角度形成方向图零陷，在空域抑制干扰。本专利就是要解决宽角度覆盖范围内，干扰存在下的任意位置的突发通信用户和干扰的二维角度估计问题。

目前基于数字波束形成技术的阵列天线常用测角方法主要分为两大类：线性谱估计法和非线性谱估计法。线性谱估计法有干涉仪法和比幅测角法等。由于传统线性谱估计法的分辨率有瑞利限的限制，其应用受到很大影响，超分辨算法由此产生。超分辨算法属于非线性谱估计法。其中以MUSIC算法和ESPRIT算法为代表的子空间分解类算法最具影响力。

自七八十年代兴起的超分辨算法，虽然可以突破瑞利限制，得到比线性谱估计法好很多的估计精度，但是，针对二维角度估计问题，由于二维MUSIC类算法在无先验信息情况下需要进行全空域二维谱峰搜索，运算量大；二维ESPRIT算法需要进行多次特征分解，参数配对等。因此直接采用传统的子空间分解类算法要满足系统的实时性具有一定的挑战性。

发明内容

本发明提出了一种对地扩频通信系统多目标检测、识别与二维角度估计方法，解决现有技术运算量大，多目标角度估计存在互相遮挡的问题。

实现本发明的技术解决方案为：一种对地扩频通信系统多目标检测、识别与二维角度估计方法，通过是否可以正常捕获区分干扰和用户目标，利用时空DOA矩阵法与相位解模糊技术进行二维角度估计，通过干扰补空间投影处理，抑制干扰信号对用户信号角度估计的影响，具体步骤为：

步骤1、根据数字天线阵列的阵元接收的基带信号向量x(t)＝[x₁(t),x₂(t),…,x_N(t)]^T确定数据协方差矩阵R，对数据协方差矩阵R进行特征分解，利用信息论MDL准则检测并估计目标数目；若连续检测到目标时间超过用户扩频先导码时间T，且未捕获到用户，则认为目标为干扰信号，进入步骤2，否则该目标为用户信号，进入步骤3；

步骤2、采用时空DOA矩阵法计算干扰信号二维角度，并根据该干扰信号二维角度构建干扰补空间P，进入步骤4；

步骤3、捕获到用户信号后，使用用户扩频码对x(t)进行阵元级解扩处理，得到解扩后的阵列基带信号y(t)＝[y₁(t),…,y_N(t)]^T，采用时空DOA矩阵法对解扩后的阵列基带信号y(t)估计用户二维角度；