[发明专利]一种大扩散角的多径信号波达方向估计方法

摘要

本发明属于信号处理技术领域，涉及到一种大扩散角的多径信号波达方向估计方法，在被动无线电目标监测与定位过程中，当存在由于多径传播引起的目标信源扩散角较大的时候，本发明能够精确地实现目标信源波达方向和扩散角度的联合估计。具体方案包括：采用分布式信源模型对信号进行建模、采用相关熵对脉冲噪声进行抑制、定义自适应核长、计算包含相关熵的协方差矩阵并将基于高精度噪声子空间DSPE算法从复数域变换到实数域、通过酉变换极降低计算复杂度、对协方差矩阵进行特征值分解并构建二维空间谱、利用二维谱峰搜索求解目标信号源的波达方向和扩散角。

主权项

1.一种大扩散角的多径信号波达方向估计方法，其特征在于，步骤如下：第一步，建立分布源信号模型ULA等间距线阵包含有N个阵元传感器，相邻阵元间距离为d≤λ/2，其中，波长λ＝2πc/ω，c为光的传播速度，ω为信号中心频率；当L个互不相关的分布式信号入射到ULA等距线阵时，接收到的信号表示为：其中，s_i(θ,ψ_i)是第i个分布式信源的扩散角信号密度，θ∈[‑π/2,π/2]是角度方向；ψ_i是待估计的参数，包括波达方向和扩散角；n(t)＝[n₁(t),n₂(t),…,n_N(t)]^T是N×1的加性测量噪声，a(θ)＝[1,e^{‑j2πd/λsinθ},…,e^{‑j2π(N‑1)d/λsinθ}]^T为入射信号的点源模型下的阵列流型，其中θ目标源入射角；在分布式信源模型下，扩散信号密度s_i(θ,ψ_i)表示为：s_i(θ,ψ_i)＝η_ih(θ,ψ_i)                                 (2)其中，h(θ,ψ_i)为复数值确定函数，η_i是一个随机变量，因此，式(1)转换为式(3)的形式为：其中，a′(ψ_i)为分布式信源的广义阵列流型，见式(4)：对于给定的角信号分布函数，广义阵列流型[a′(ψ_i)]_m表示为：其中，m表示ULA阵列中的第m个阵元，θ′表示积分变量，θ_i表示点源情况下第i个的波达方向，ρ(θ′；ψ_i)表示确定性角信号分布函数，j为复数虚部表示因子；分布式信源的角密度函数符合均匀分布，概率密度函数为：其中，σ_i为标准差；分布式信源的角密度函数符合均匀分布时，广义阵列流型a′(ψ_i)表示为：第二步，计算阵列接收信号的相关熵，对脉冲噪声进行抑制定义随机变量X和Y服从联合alpha稳定分布，则相关熵定义为：G_σ(X)＝E[κ_σ(X‑Y)]                                    (8)其中，E[·]表示求期望，σ为核函数的核长；κ_σ为指数核函数，表达如下：第三步，定义自适应核长，减少对脉冲噪声先验知识的依赖核长的表达式如下：其中：l₁[·]表示l₁范数，M表示采样信号的快拍数；第四步，计算阵列接收信号的相关熵的协方差矩阵利用ULA阵列中每个阵元的接收到信号x(t)＝[x₁(t),x₂(t),…,x_N(t)]^T计算基于相关熵的协方差矩阵：其中，表示x_j的共轭运算；第五步，协方差矩阵实数化(5.1)对第四步中得到的协方差矩阵取上三角阵；(5.2)对步骤(5.1)中的上三角阵进行酉变换，从复数域变换到实数域；第六步，计算目标信源的波达方向和扩散角(6.1)对第五步中变换后的协方差矩阵进行特征值分解，计算信号子空间和噪声子空间；(6.2)利用噪声子空间计算二维空间谱；(6.3)对二维空间谱进行二维谱峰搜索，获得目标信源的波达方向和扩散角的角度。