[发明专利]一种适用于任意线阵的单快拍离格信号波达方向估计方法

说明书

本发明公开了一种适用于任意线阵的单快拍离格信号波达方向估计方法，属于阵列信号处理技术领域。本发明对于单一离格信号波达方向估计，首先根据单快拍阵元数据获得位于候选网格上的信号波达方向初始估计值，并据此得到相应的阵列导向矢量；计算阵列导向矢量张成的子空间的正交子空间；对正交子空间做特征分解，得到对应于非零特征值的特征向量；将偏离网格的角度值作为估计参数对信号波达方向初始估计值进行校正，得到最终的波达方向。利用单一离格信号波达方向估计方法，得到多离格信号中第K个信号的波达方向估计值和估计幅度。本发明能够采用任意线阵，可以获得单一离格信号和多离格信号波达方向的精确估计。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种适用于任意线阵的单快拍离格信号波达方向估计方法。

背景技术

波达方向估计一直是阵列信号处理的热点内容，在通信、雷达和声纳等领域都有广泛的应用。传统的多重信号分类法和信号参数估计的旋转不变子空间技术已经具有较高的估计性能，但是这些算法都是基于特征值分解运算的基础上进行的，而且往往为了获得良好的估计性能需要大量的快拍数，无法有效地应用于单快拍情况，这在实际的工程应用中不太实际。

在实际信号环境中，高速运动目标对系统的实时性要求高，接收到的有效数据仅有几次快拍数据，基于大量快拍数据的波达方向估计算法在现有硬件系统情况下无法满足实际需要，为此利用单快拍数据进行波达方向估计成为一种解决方案。在阵列接收数据有限、目标高速运动的前提下，可以实现对目标的实时处理，并具有较高的波达方向估计精度，可为高速运动目标的定位和跟踪提供技术支持。

随着压缩感知技术的兴起，稀疏表示理论逐渐应用到波达方向估计中。在应用稀疏表示理论进行波达方向估计之前，需要在角度域进行等间隔划分以构建精细的过完备字典，因此，这些基于稀疏表示的波达方向估计算法只能估计位于过完备字典原子网格上的信号。当信号的波达方向不位于网格上时(定义为离格信号)，这类算法的估计精度将急剧下降。因此离格信号的稀疏重建受到广泛关注。

在阵列处理过程中线阵有着广泛的用途。均匀线阵结构简单，便于分析研究。在阵元数相等的情况下,相比均匀线阵,非均匀线阵可以尽可能扩展阵列的孔径，获得更高的自由度。因此，在实际应用中,这就需要找到尽可能适应任意线阵的波达方向估计方法。

发明内容

鉴于实际中单快拍数据的限制和离格信号波达方向估计的实际需求，本发明采用任意线阵，提出一种适用于任意线阵的单快拍离格信号波达方向估计方法，为实际有限条件下的信号波达方向估计提供关键技术。所述的任意线阵包括均匀线阵和非均匀线阵。

本发明提供的一种适用于任意线阵的单快拍离格信号波达方向估计方法，包括对于单一离格信号波达方向估计和对于多离格信号波达方向估计。对于所述的单一离格信号波达方向估计，包括如下步骤：

步骤一：接收单快拍阵元数据，根据单快拍阵元数据利用波束形成方法获得位于候选网格上的信号波达方向初始估计值；

步骤二：根据信号波达方向初始估计值，得到相应的阵列导向矢量；

步骤三：计算所述的阵列导向矢量张成的子空间的正交子空间；

步骤四：对正交子空间做特征分解，得到对应于非零特征值的特征向量；

步骤五：将与信号波达方向初始估计值相应的阵列导向矢量和特征向量结合构成新的矩阵F_a，利用矩阵F_a中阵列导向矢量和特征向量的正交性，将偏离网格的角度值作为估计参数对信号波达方向初始估计值进行校正，得到最终的波达方向。

对于所述的多离格信号波达方向估计，包括如下步骤：

第一步：假设有K个信号，K大于2。根据单快拍阵元数据利用波束形成方法获得位于候选网格上的各个信号波达方向初始估计值；