[发明专利]用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法及实现方法

权利要求书

1.用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立二维天线阵列数据模型，在二维均匀矩形阵列模型中，仅在平面角俯仰角的回波方向范围内存在接收信号，对接收数据进行处理时，将回波方向均匀划分成K₁×K₂个网格点，每个网格点对应的平面角和俯仰角分别为和相邻阵元之间的间距为d，二维天线阵列数据模型表示为：

S2、通过二维IAA算法对估计值进行初始化，然后通过矩阵R_MN和式(3)不断更新估计值并最终获得稳定的频谱估计，当接收信号的回波方向大致范围已知时，开始实施SIAA算法；

S3、通过GS分解和2-DFFT的方法降低SIAA算法运算复杂度；

S4、通过计算机仿真验证SIAA算法的高分辨率性能以及快速SIAA算法的有效性和运算效率；

S5、对SIAA快速算法与SIAA算法进行DOA估计所用时间进行对比。

2.根据权利要求1所述的用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法，其特征在于，所述S1中y_MN表示MN×1维的接收数据向量，表示信号振幅向量，表示MN×K₁K₂阶的阵列流形矩阵，q_MN表示独立的服从高斯分布的加性噪声，表示信源的导向矢量，且，表示Kronecker积，(·)^T表示转置。

3.根据权利要求1所述的用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法，其特征在于，所述S1中式(1)中的参数满足的估计值，即通过WLS方法得到：

且，干扰和噪声的协方差矩阵定义为(·)^H表示共轭转置，最小化公式(2)可以得到：

4.根据权利要求3所述的用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法，其特征在于，所述s_mn的估计值，即可以表示为：

且，X_MN表示窄带模型下的加权矩阵，根据加权WLS方法中加权矩阵的定义，X_MN表示为：

表示不存在回波的空间范围内噪声的平均功率，通过

进行求解，

由于X_MN中的元素是关于的隐函数，需要采用迭代的方法，第t次迭代的估计值表示为：

且可以通过式(5)进行更新。

5.根据权利要求1所述的用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法，其特征在于，所述S3中2-DFFT的模型，

为实现SIAA的快速算法，需要满足H₁≥3M,H₂≥3N，假设相邻阵元之间的间距为一倍波长，则式(7)可重新表示为：

且，将回波方向均匀划分成个网格点，且，式(1)中的阵列流形矩阵重新定义为提取波峰所在位置的和的值，此时接收到的信号的平面角俯仰角

6.根据权利要求1所述的用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法，其特征在于，所述S3中2-DFFT方法构建加权权矩阵由(式10)可知，和的计算均需对矩阵求逆，根据(式5)中的定义，矩阵具有TBT结构，因此可以将矩阵用分块矩阵表示，即：

且，

根据(式11)和(式12)可知，表示为：

且，m＝-M+1,...,-1,0,1,...,M-1，n＝-N+1,...,-1,0,1,...,N-1；

由(式13)可知，元素构成的矩阵表示为：

且，表示对矩阵做长度为H₁×H₂的2-DFFT，表示计算过程中可忽略具体内容的矩阵，

0_mn表示由全0元素组成的m×n阶矩阵，而则表示由估计值的平方构成的阶的矩阵，将(式14)和(式15)带入式(11)，构建矩阵