[发明专利]一种相位误差下的非相干波达方向估计方法

说明书

本发明公开了一种相位误差下的非相干波达方向估计方法，其内容是：在一个波达方向和功率已知的大功率参考信源下，应用非均匀嵌套传感器阵列接收目标信号，确定相位误差下的波达方向估计信号形式；计算阵列观测数据的协方差矩阵，依次通过特征值分解、取模、向量化和平方处理后获得渐近无噪无相位误差干扰的向量模型；借助大功率参考信源特性对渐近向量模型进行线性模型近似等效和处理，并在余弦过完备基字典下基于l₂‑l₁范数最小化稀疏重构方法获得波达方向估计。本发明对相位误差不敏感，估计精度高，计算复杂度低，且无需二维谱峰搜索和多个参考信源即可完成对多个目标源波达方向的有效估计。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，具体涉及一种相位误差下的非相干波达方向估计方法。

背景技术

波达方向估计是传感器阵列信号处理的一个重要方向，它在雷达、声呐、无线通信和医疗电子等众多领域具有广泛的应用。在传感器阵列接收系统中，理想的相位同步条件是人们所期望的。然而，实际中由于本地振荡器时钟偏移、传感器位置误差的影响，精准的相位同步条件往往难以达到。在这种背景条件下，基于经典子空间理论的波达方向估计方法(如MUSIC、ESPRIT等)将会出现明显下降甚至失效。因此，研究对相位误差不敏感的波达方向估计方法对提高实际探测系统性能具有重要意义。

为了降低或消除相位误差的影响，近年来研究学者们也相继提出了一些有效的方法。最早的方法是B.Friedlander和A.J.Weiss等人提出的交替迭代方法，该方法可实现波达方向和相位误差的联合估计，然而该方法仅适用于相位误差很小的情况，且全局收敛性难以保障。

2013年，S.G.Cao和Z.F.Ye等人提出了一种基于矩阵哈德玛积(HadamardProduct)的波达方向估计方法，该方法利用阵列协方差矩阵与其共轭的哈德玛积来抑制相位误差，进而基于信号子空间与噪声子空间的正交性获得波达方向估计。该方法的优点是估计性能不依赖相位误差，缺点是估计精度不高，求解过程中需要二维谱峰搜索。

2015年，随着非线性压缩感知理论的发展，H.Kim和A.M.Haimovich等人将稀疏相位恢复算法引入到波达方向估计领域，提出了一种相位误差下基于GESPAR的非相干波达方向估计方法。不同于子空间类方法，该方法无需特征值分解和矩阵哈德玛积即可有效抑制相位误差并完成波达方向估计。然而由于该算法的求解过程是迭代和非凸的，因此复杂度较高且估计性能难以保障。同时，在多个信源入射条件下，该算法需要应用多个波达方向信息已知的参考信源来避免相位模糊问题。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种相位误差下的非相干波达方向估计方法，用于解决相位误差背景下上述波达方向估计方法需要二维谱峰搜索、计算复杂度高、性能难以保障以及需要多个参考源的问题。

为实现上述目的。本发明的技术方案是：

一种相位误差下的非相干波达方向估计方法，其具体内容包括如下步骤：

步骤1在一个波达方向和功率已知的大功率参考信源下，应用非均匀嵌套传感器阵列接收目标信号，确定相位误差下的波达方向估计信号形式；

步骤2计算阵列观测数据的协方差矩阵，并依次通过特征值分解、取模、向量化和平方处理后，获得渐近无噪无相位误差干扰的向量模型；

步骤3借助大功率参考信源特性，对渐近无噪无相位误差干扰的向量模型进行线性模型近似等效和处理，并在余弦过完备基字典下基于范数最小化稀疏重构方法获得波达方向估计。

进一步的，在步骤1中，所述确定相位误差下的波达方向估计信号形式，其具体途径是：