[发明专利]信号子空间加权超分辨的波达方向检测方法及系统

说明书

本发明公开了信号子空间加权超分辨的波达方向检测方法和系统，包括：部署信号接收传感器阵列；按预设采样时刻对目标空间的信号源进行信号数据接收，形成信号数据矩阵；对信号数据矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；基于信号子空间和噪声子空间之间的正交特性，构造空间谱函数；求取空间谱函数的最值点，该最值点为一个目标源的方向角；根据已求得的所有目标源的方向角，修正空间谱函数；求取修正后的空间谱函数的最值点，该最值点为第二个目标源的方向角；重复上述过程，直到获得所有目标源的方向角。本发明通过分布式目标检测方法，对目标空间的信号源进行逐一识别，克服了传统方法难以分辨多个相近目标的问题。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种信号子空间加权超分辨的波达方向检测方法和检测系统。

背景技术

波达方向(Direction Of Arrival，DOA)估计是信号处理领域的一个重要研究分支，被广泛应用于雷达、声纳、通信以及地震探测等领域中。DOA估计的主要目的是在噪声环境下分辨两个在方向上非常接近的目标信号。在DOA估计中，对目标信号的估计精度是一项重要技术指标，随着应用场景需求的不断加强，对这项指标的要求越来越高。

在现有的技术中，常用的高分辨子空间算法，如MUSIC算法。MUSIC进行DOA估计的手段是：通过分离噪声子空间，构造基于噪声子空间的空间谱函数，进行谱峰搜索，获取DOA信息，理论上通过减小算法搜索步长可以达到DOA估计的超高精度。然而，在实际应用环境中，由于受到各方面的噪声干扰，信噪比降低，样本数量受限，MUSIC算法的运用并不能达到理想效果，经常会出现目标信息丢失、漏检的情况，如在多个目标方向角很近的环境中，MUSIC算法即便通过调整搜索步长，也难以对目标进行有效分辨。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种信号子空间加权超分辨的波达方向检测方法和检测系统，解决当多个目标信号来向接近时，传感器阵列难以分别的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种信号子空间加权超分辨的波达方向检测方法，包括：

步骤1，针对待检测的目标空间部署信号接收传感器阵列；传感器阵列中每两个相邻传感器之间的间距相同；

步骤2，按预设采样时刻通过所述信号接收传感器阵列对目标空间的信号源进行信号数据接收，接收到的所有信号形成信号数据矩阵；

步骤3，对信号数据矩阵进行特征值分解，得到信号子空间U_S和噪声子空间U_N；

步骤4，基于信号子空间U_S和噪声子空间U_N之间的正交特性，构造空间谱函数f(θ)，

A(θ)＝[a(θ₁),…,a(θ_n),…,a(θ_N)] (8)

上式中，A(θ)表示目标空间中方向角为θ的目标信号源的阵列流型矩阵；a(θ_n)表示目标空间中方向角为θ_n的信号源辐射到传感器阵列的各个传感器上时，以第一个传感器为参考，其他各个传感器相对参考传感器的波程差形成的相位差组成的矩阵，N表示不同的方向角θ的数量；λ表示信号源的波长；j表示复数单位；M表示传感器阵列中传感器的数量；d表示相邻传感器之间的间距；H表示对矩阵进行共轭转置；[]^T表示转置操作；

步骤5，求取空间谱函数f(θ)的最大值点，该最大值点为一个目标源的方向角；若目标源的数量大于一个，执行步骤6；否则，结束检测；