[发明专利]一种基于共轭扩展的波达方向估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号波达方向(DOA)估计技术，利用智能天线对无线接收信号的波达方向进行估计，从而可以为网络定位、节点管理、商业服务与位置相关的信息服务提供技术支持。

背景技术

阵列信号处理中的波达方向(DOA)估计在雷达、无线通信等领域有着广泛的应用。其中，基于子空间的MUSIC算法对阵列信号的波达方向进行估计，开辟了阵列信号处理的新时代。该MUSIC算法是一种基于二阶统计量的阵列信号处理方法，二阶统计量的方法通常假定待估计的信号是高斯分布的，但是在实际应用中，信源产生的信号通常是非高斯分布的，使得估计的波达方向具有较大的误差。其中，高阶统计量是指高于二阶的统计量，它具有对任何形式的高斯过程的不可以有效地提取出信号的非高斯成份，最大程度地抑制高斯噪声。因此，高阶统计量常常被用来处理非高斯信号DOA估计问题。由于对称分布的随机信号的三阶累积量为零，因而阵列测向中常用四阶累积量。

目前对于波达方向具有多种估计方法，中国专利CN1523372A公开了一种基于TD-SCDMA标准实现圆-角定位的来波方向估计方法，提出了一种虚拟线阵四阶累量MUSIC算法以及虚拟线阵四阶累量修正MUSIC算法，其计算步骤如下：

1）将基于TD-SCDMA无线定位阵元空间均匀圆阵转换为模式空间虚拟均匀线阵；

2）构成虚拟线阵采样协方差矩阵；

3）对上述协方差矩阵进行特征值分解，求得协方差矩阵的特征值，并计算与各特征值对应的特征向量，从而构成信号子空间和噪声子空间；

3）采样MDL(Minimum Description Length Criterion,MDL)方法估计信号源个数；

4）计算噪声子空间的投影矩阵，并估计MUSIC的功率谱；

5）通过搜索MUSIC的功率谱的谱峰值，估计来波方向。

该方法不仅能够解决TD-SCDMA的圆阵智能天线的DOA估计问题，而且也能够解决TD-SCDMA对相关信号源的DOA估计问题。但是，该方法难以估计出更多的信号到达方向，而且其对信号到达方向的估计精度和分辨率也较低。

为了提高DOA的估计精度和分辨率，MUSIC-like算法利用阵列的输出来构造四阶累积量矩阵，并对该矩阵采用子空间方法进行方向估计。四阶累积量在阵列信号处理中的应用，明确提出了四阶累积量具有扩展阵列有效口径的能力，解释了阵列扩展的物理意义。由于该方法的阵元或虚拟阵元有限，因此其对信号波达方向的估计能力有限；而且，该方法的阵列有效口径不足，导致该方法对信号方向的估计精度也较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种基于共轭扩展的波达方向估计方法，该方法能够在有限的无线传感器数目下，估计出更多的信号到达方向，提高信号到达方向精度和提高分辨力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于共轭扩展的波达方向估计方法，本方法首先对接收的阵列信号进行二阶统计量处理，利用延迟自相关函数的性质得到导向矩阵的共扼矩阵，然后利用扩展矢量的延迟采样构造出一个新的伪快拍矩阵，最后对这个矩阵用四阶累积量的方法来估计信号的波达方向；

该方法具体步骤为：

1）根据第m个天线阵列的输出信号X_m(t)，利用延迟自相关的性质，按照公式：