基于空间平滑协方差矩阵稀疏表示的波达方向角估计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于空间平滑协方差矩阵稀疏表示的波达方向角估计方法，主要解决现有技术运算量大，处理相干信号源性能差，造成无源定位估计误差大的问题，其实现步骤是：1)采用天线接收机形成均匀线阵；2)采用空间平滑技术计算阵列输出的空间平滑协方差矩阵；3)将空间平滑协方差矩阵矢量化，得到稀疏模型向量；4)将空域网格划分，构造超完备基；5)根据稀疏模型向量和超完备基的稀疏表示关系，建立约束优化方程；6)采用凸优化方法求解约束优化方程得到最优估计；7)根据最优估计值绘制幅度谱图，获得波达方向角度值。本发明提高了无源测向的运算速度及低信噪比下对相干信号源的估计性能，可用于目标侦察和无源定位。
【专利说明】基于空间平滑协方差矩阵稀疏表示的波达方向角估计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信号处理【技术领域】，特别涉及一种基于均匀线阵的波达方向角估计方法，可用于目标侦察与无源定位。 【背景技术】
[0002]波达方向角DOA估计是利用处于空间不同位置的天线阵列接收多个不同方向的信号源发出的信号，运用现代信号处理方法快速准确的估计出信号源的方向，在雷达、声纳、无线通信等领域具有重要应用价值。针对该问题的研究中，出现较早、应用较为广泛的是多重信号分类MUSIC等基于子空间的模型，之后的大部分DOA估计算法都是利用该模型生成的。近年来，由Donoho等提出的压缩感知理论为DOA估计问题提供了一种新思路，从而产生出一类基于稀疏表示模型的DOA估计算法。
[0003]目前，基于稀疏信号表示的DOA估计方法中最经典的是L1_SVD方法。L1_SVD方法利用阵列接收数据奇异值分解得到的信号子空间构造稀疏表示模型，然后通过二阶锥规划对LI范数约束模型进行求解。近年来又出现了基于阵列协方差向量稀疏表示的L1_SRACV算法，联合稀疏逼近几ZA算法等，但这些算法均运算量较大，且在低信噪比情况下，角度分辨率不理想，对抗相干信号性能不强。而在实际应用中，目标侦察与无源定位均需要在角度估计的基础上进行，以上算法中的缺陷将造成目标侦察和无源定位反应速度慢和估计误差较大的不足。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于空间平滑协方差矩阵稀疏表示的波达方向角度估计方法，以在降低运算量的情况下，提高目标侦察和无源定位在低信噪比下的检测成功率和对相干信号的估计能力，避免因角度估计误差引起的目标侦
察失误。
[0005]为实现上述目的，本发明的实现步骤包括如下:
[0006]I)采用M个天线接收机形成均匀线性阵列，并假设有K个信号入射到该均匀线性阵列，各天线接收机间距均为d，每个天线接收机称为一个阵元，其中，M > 2，K > 1，0< d ^ λ/2, λ为入射窄带信号波长；
[0007]2)利用均匀线性阵列的平移不变性，采用前后向空间平滑方法计算均匀线阵输出的空间平滑协方差矩阵Rfb ；
[0008]3)根据空间平滑协方差矩阵Rfb构造稀疏模型向量y:
[0009]y = vec (Rfb),
[0010]其中，vec(.)表示向量化运算；
[0011]4)构造超完备基Φ并定义一个空域稀疏向量u:
[0012]4a)根据入射信号的空域稀疏特性，采用空间网格划分方法，将观测空域[-90° ,90° ]等间隔划分成Q个区域，定义为波达方向角范围Θ = [O1, θ2，…，，…，0Q]，q= 1，2，".，0，0>>Μ，构造一个信号稀疏化后对应的(2m_l)XQ维导向矩阵Β(θ):
[0013]Β(θ) = [b ( Θ J，…，b ( Θ q)，…，b ( Θ Q)]，
[0014]其中，b(0q)表不角度应的导向向量:
[0015]
【权利要求】
1.一种基于空间平滑协方差矩阵稀疏表示的波达方向角估计方法，包括以下步骤: 1)采用M个天线接收机形成均匀线性阵列，并假设有K个信号入射到该均匀线性阵列，各天线接收机间距均为d，每个天线接收机称为一个阵元，其中，M≥2,K≥l,0<d根据权利要求1所述的治疗脑癌的药物组合物，基特征在于：该药物组合物是由下述重量份的原料制成： λ/2,λ为入射窄带信号波长； 2)利用均匀线性阵列的平移不变性，采用前后向空间平滑方法计算均匀线阵输出的空间平滑协方差矩阵Rfb ; 3)根据空间平滑协方差矩阵Rfb构造稀疏模型向量y:1 = vec (Rfb), 其中，vec(.)表示向量化运算； 4)构造超完备基Φ并定义一个空域稀疏向量u: 4a)根据入射信号的空域稀疏特性，采用空间网格划分方法，将观测空域[-90° ,90° ]等间隔划分成Q个区域，定义为波达方向角范围Θ = [O1, θ2，…，，…，0Q]，q= 1，2，".，0，0>>Μ，构造一个信号稀疏化后对应的(2m_l)XQ维导向矩阵Β(θ):B ( Θ ) = [b ( Θ J，…，b ( Θ q)，…，b ( Θ Q)]， 其中，b ( Θ q)表不角度Θ ^对应的导向向量:
2.根据权利要求1所述的基于空间平滑协方差矩阵稀疏表示的波达方向角估计方法，其中步骤2)所述的采用前后向空间平滑方法计算均匀线阵输出的空间平滑协方差矩阵Rfb，按如下步骤进行: 2a)将整个均匀线阵划分成相互交错的P个子阵，每个子阵的阵元数为m，即以均匀线阵中第I个到第m个阵元构成第一个子阵，第2个到第m+1个阵元构成第二个子阵，以此类推，第P个阵元到第M个阵元构成最后一个子阵，将这P个子阵依次排列，称为前向子阵，其中,Km≤M,P = M-m+1 ； 2b)计算前向平滑协方差矩阵Rf: 计算第i个前向子阵的协方差矩阵R
【文档编号】G01S3/14GK104020439SQ201410280744
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】蔡晶晶, 鲍丹, 刘高高, 秦国栋, 武斌, 李鹏, 冯小平, 张银平, 蔡辉 申请人:西安电子科技大学