[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

说明书

本发明公开了用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法及实现方法，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，本发明SIAA算法针对自定义回波空间进行搜索，与IAA算法相比，进一步提高DOA估计的方向分辨率，而2‑DFFT与GS分解相结合的SIAA算法的快速实现方案则大大降低了运算复杂度，通过计算机仿真实验，与二维IAA算法采用相同网格数进行搜索的情况下，SIAA算法具有更高的角度分辨率，SIAA算法的快速实现大大降低了运算复杂度，增强了SIAA算法的实用性。

技术领域

本发明涉及DOA估计算法技术领域，具体为用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法及实现方法。

背景技术

作为信号处理的一个重要分支，阵列信号处理广泛应用在雷达、声呐、地震勘探和射电天文等领域，在阵列信号处理中，DOA估计是其中一个重要研究方向，现有的DOA估计方法大都基于多信号分类算法和子空间旋转不变等算法展开研究，这些算法很好的实现了高分辨率的DOA估计问题，然而当在少量快拍，甚至为单快拍、相干、非相干源或低信噪比等情况下，这些方法无法提供最优的估计结果。

基于WLS方法的参数化迭代自适应算法及其快速实现方案，其基本思路是将回波方向均匀网格化，应用WLS对整个空间进行网格搜索，通过不断更新权重矩阵的方式得到高分辨率DOA估计，然而，在具体情况下，探测方可以通过侦查和判断收发信号双方的相对地理位置等方案确定来波方向的大致范围，IAA算法由于无法利用这一先验信息，仍然需要对整个空间进行网格搜索，在一定程度上增加了运算复杂度

IAA算法是近年来提出的一种高分辨率DOA估计算法，其基本思想是将回波方向均匀网格化，应用最小二乘法对空间网格进行搜索，并通过迭代更新加权矩阵获得高分辨率频谱估计，然而在回波方向可确定情形下，无需对整个空间进行搜索，为进一步提高估计的分辨率，针对特定回波方向展开搜索的窄带IAA算法，同时，为了提高估计效率，将2-DFFT与GS分解方法相结合，提出了SIAA算法的快速实现方案。

发明内容：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法及实现方法，解决了背景技术中提到的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：

用于无线信号的高分辨率窄带DOA估计算法，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。

作为优选，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。