[发明专利]一种非相干分布宽带源的角度和频率参数估计方法

说明书

本发明公开了一种非相干分布宽带源的角度和频率参数估计方法。所述方法包括如下步骤：通过接收阵列获取远场非相干分布宽带源信号，估计非相干分布宽带源信号的协方差并将其向量化；建立向量化的非相干分布宽带源信号协方差模型，根据协方差模型中的方向导数矩阵的行重复性和奇异性，同时对方向导数矩阵和非相干分布宽带源信号协方差进行降维；将非相干分布宽带源信号协方差模型公式化为秩最小化问题，对秩最小化问题求解，得到角度‑频率联合分布矩阵的估计量，结合离散网格估计器估计出非相干分布宽带源的角度和频率分布的关键参数。本发明在提高非相干分布宽带源参数估计精度的基础上，降低计算复杂度，可用于雷达声呐等探测目标的识别和定位。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种非相干分布宽带源的角度和频率参数估计方法。

背景技术

宽带信号具有分辨率高、信息量大、抗干扰能力强等特点，已经广泛应用于雷达、声呐、无线通信等领域。大多数宽带源的波达角(DOA)估计是基于点源假设。然而，源信号多径或散射传播引起的角分布是不可忽略的。大部分分布源的DOA估计方法是基于窄带假设。对于分布宽带源来说，随着频率带宽增大，基于窄带假设方法的DOA估计偏差也会增大。因此，分布宽带源的DOA估计问题需要更多的关注和研究。

近年来，一些分布宽带源的DOA估计方法已经被提出来。最大似然(ML)方法，通过重建角度分布的形状来估计角度参数。协方差匹配(CM)方法，一种基于频域快拍的匹配方法。然而这两种方法由于多维搜索维度随源数增加，使得计算负担较大。参数多项式方法，一种基于信号协方差时延的自回归模型方法。这三种方法都假定分布宽带源的宽带信号的频率分布已知，且频率范围相同。而实际应用中，宽带信号可能拥有不同的频率范围。

一些研究者也提出了一种将分数阶傅立叶变换(FRFT)算法与分布源参数估计器(DSPE)算法相结合的新方法，即FRFT-DSPE方法(参考文献Yu J,Zhang L,LiuK.Coherently Distributed Wideband LFM Source Localization[J].IEEE SignalProcessing Letters,2014,22(4):504-508.)。虽然该方法无需已知频率分布，但与上述方法一样，需要已知角度分布的参数化模型，而实际应用中确切的角度分布模型往往是未知的；同时该方法能估计源的角度分布，然而并不能有效估计频率分布，事实上频率也是目标源重要的特征参数。也有学者将稀疏贝叶斯学习(SBL)方法应用于分布宽带源，虽然该方法不需要已知角度和频率的分布模型，然而它要求分布宽带源在空间域中必须是稀疏的。而实际上分布源的稀疏性会随角度扩展而降低。

现有分布宽带源的角度分布估计方法，存在需要已知角度的参数化模型和频率分布以及计算复杂度高的问题，难以满足复杂场景下非相干分布宽带源的角度分布估计。因此提供一种无需已知角度和频率分布模型，又能降低计算复杂度，并能同时估计宽带分布源的角度和频率分布的方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有分布宽带源的角度分布估计方法，存在需要已知角度的参数化模型和频率分布以及计算复杂度高的问题，基于低秩矩阵恢复公开发明了一种非相干分布宽带源的角度和频率参数估计方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种非相干分布宽带源的角度和频率参数估计方法，包括如下步骤：

S1、通过接收阵列获取远场非相干分布宽带源信号，估计非相干分布宽带源信号的协方差并将其向量化；

S2、建立向量化的非相干分布宽带源信号协方差模型，根据协方差模型中的方向导数矩阵的行重复性和奇异性，同时对方向导数矩阵和步骤S1中估计的向量化的非相干分布宽带源信号协方差进行降维，以减少后续计算过程的复杂度；