[发明专利]基于正交匹配稀疏重构的相干信源动态DOA追踪方法

摘要

本发明提供的是一种冲击噪声条件的基于正交匹配稀疏重构的相干信源动态DOA追踪方法。针对的是冲击噪声条件下相干信源动态DOA估计问题。在基于去冲击预处理和秩‑1更新处理动态数据的基础上，稀疏重构方案克服了冲击噪声条件下的波达角度估计无法利用二阶及二阶以上统计量求解的问题。通过利用非相干测量矩阵稀疏重构的思想，所提方案可以在不进行解相干预处理的前提下直接求解相干信号的动态波达角度，并能够在低快拍采样条件下实现对动态目标的准确跟踪，适用于强、弱冲击噪声环境下的动态DOA估计问题，避免了复杂计算量。结果表明本发明跟踪效果良好，可在强冲击噪声、低信噪比、低快拍采样的条件下实现相干信源的快速跟踪、准确重构。

主权项

1.一种基于正交匹配稀疏重构的相干信源动态DOA追踪方法，其特征是：步骤一，建立冲击噪声条件下的接收数据模型，相干信号源的DOA动态跟踪模型由M个中心频率相同的远场窄带信源信号、N个阵元组成的均匀无模糊线阵构成，空间内M个信源信号从方向{θ₁,θ₂,…,θ_M}入射到所述均匀无模糊线阵上，对阵元接收数据进行快拍采样和加权处理，第k次快拍采样数据是X(k)＝AS(k)+N(k)，其中X(k)＝[x₁(k),x₂(k),…,x_N(k)]^T表示接收数据矢量，S(k)＝[s₁(k),s₂(k),…,s_M(k)]^T表示窄带信号矢量，N(k)＝[n₁(k),n₂(k),…,n_N(k)]^T表示独立同分布的满足SαS分布的加性冲击噪声矢量，信号导向矢量矩阵是A(θ)＝[a(θ₁),a(θ₂),…,a(θ_M)]，其中θ＝(θ₁,θ₂,…,θ_M)是信源信号的入射角度，随时间变化的函数关系已知，α(θ_m)＝[exp(‑jω₀τ_1m),exp(‑jω₀τ_2m),…,exp(‑jω₀τ_Nm)]^T表示第m个入射信号的导向矢量，m＝1,2,…,M，其中，c为光速，f为远场入射信号的频率，λ为入射信号的波长，其中n＝1,2,...N表示第m个入射信号到达第n个阵元时相对于参考阵元的延时，l表示均匀线阵两阵元间距离，定义阵元接收数据协方差矩阵为C(k)，C(k)的初始值为0，即C(0)＝0；步骤二，对快拍采样的数据做去冲击预处理，以每一次采样数据为单位，估计接收数据的幅值上限max{|x₁(k)|,|x₂(k)|,…,|x_N(k)|}，其中max{}为取最大值函数，对各阵元接收数据以为标准进行归一化处理，其中p的值根据冲击噪声SαS分布的特征指数决定；步骤三，更新采样数据协方差矩阵，第k次得到的更新数据为C(k)＝βC(k‑1)+(1‑β)Rz，其中β是数据更新的遗忘系数，β∈(0,1)，Rz是去冲击预处理后得到的数据协方差矩阵，Rz＝Z(k)ZH(k)；步骤四，对更新后的数据进行奇异值分解，提取信号空间分量，奇异值分解后得到的是低维数据量，利于基于压缩感知理论进行信号的稀疏重构；步骤五，利用正交匹配稀疏重构处理动态更新数据，得到该采样时刻的动态目标波达角度估计；步骤六，如果达到最大跟踪次数，执行步骤七，否则返回步骤二继续估计动态目标的下一时刻波达方向值；步骤七，得到所有快拍采样下的动态目标波达方向值后，输出冲击噪声条件的动态目标DOA跟踪结果。