[发明专利]一种冲击噪声环境下基于均匀圆阵的相干信号参数估计方法

权利要求书

1.一种冲击噪声环境下基于均匀圆阵的相干信号参数估计方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤一，对空间D个信源信号进行快拍采样；

天线阵是在xy平面上的半径为r的圆阵，圆周上均匀分布着各向同性的M个阵元，圆阵天线的圆心为参考点；D个信源信号以方位角{θ₁,θ₂,…,θ_D}入射到均匀圆阵上，此处方位角θ_d∈[0,360°]，其中d＝1,2,…,D，指圆阵天线的圆心参考点到信源的连线在xy平面上的投影与x轴在逆时针上的夹角，且信源与阵列共面，即规定圆阵天线的圆心参考点到信源的连线与z轴之间的夹角为90°；阵列接收第k次快拍采样数据为X(k)＝A(θ)S(k)+N(k)，式中X(k)＝[x₁(k),x₂(k),…,x_M(k)]^T为阵列的接收数据矢量，A(θ)＝[a(θ₁) a(θ₂)…a(θ_D)]是信号导向矢量矩阵，其中θ＝(θ₁,θ₂,…,θ_D)是角度矢量，θ_d是方位角，其中d＝1,2,…,D，S(k)＝[s₁(k),s₂(k),…,s_D(k)]^T为接收天线参考点的接收信号矢量，N(k)＝[n₁(k),n₂(k),…,n_M(k)]^T为独立同分布的满足SαS分布的冲击噪声矢量，由特征指数α决定噪声的冲击程度；第d个导向矢量a(θ_d)＝[exp(jk₀rcos(θ_d-γ₀)),exp(jk₀rcos(θ_d-γ₁)),…,exp(jk₀rcos(θ_d-γ_M-1))]^T,d＝1,2,…,D，式中，k₀表示波数，k₀＝2π/λ，λ为入射信号的波长，γ_m＝2πm/M，其中m＝0,1,2,…,M-1，表示阵列的第m个阵元与x轴的夹角；

步骤二，对快拍采样数据做去冲击预处理；

以单次快拍采样数据为单位，构造第k次快拍采样数据的幅值上限max{|x₁(k)|,|x₂(k)|,…,|x_M(k)|}，式中max{ }为取最大值函数；以为标准对接收数据进行归一化处理，其中q的值根据冲击噪声SαS分布的特征指数α决定；

步骤三，对去冲击预处理后的阵列输出数据进行模式激励变换；

式中，T＝J^-1C_vF/M，F＝[w_-l,w_-l+1,…,w_l]^H，l＝-h,…,0,…,h，式中，w_l＝[1,exp(j2πl/M),…,exp(j2πl(M-1)/M)]^H，J＝diag{J_-h(β),...,J_-1(β),J₀(β),J₁(β),...,J_h(β)}，C_v＝diag{j^-h,…,j^-1,j⁰,j¹,…,j^h}，式中，h≈2πr/λ为模式激励的最大模式数，J_l(β)，l＝-h,…,0,…,h，为l阶第一类贝塞尔函数；

步骤四，按照如下方式构造稀疏重构字典集；

考虑在K次快拍采样条件下，输出信号数据矩阵为定义输出信号的协方差矩阵对协方差矩阵进行特征值分解，其中D个大特征值对应的特征矢量分别为v₁,v₂,…,v_D，利用E_S＝span{v₁,v₂,…v_D}构造信号子空间E_S；将信源可能存在的范围(0,360°)等间隔的划分，Φ＝(φ₁,φ₂,…,φ_P)，其中P的取值由划分精度决定，P大于信源信号数D，构造信号导向矢量稀疏字典集B(Φ)＝[b(φ₁) b(φ₂)…b(φ_P)]，b(φ_p)，其中p＝1,2,…,P，为稀疏字典集原子，式中，b(φ_p)＝exp(jlφ_p)，l＝-h,…,0,…,h；信号子空间E_S定义为稀疏重构的初始残差r₀，设置t为稀疏重构的迭代次数，其中t＝1,2,…,D，初始值设定t＝1，设定索引集U，初始索引集为空集；

步骤五，稀疏重构得到相干信源方位角；

第t次迭代过程中分别计算残差r_t-1在每个信号导向矢量稀疏字典集原子b(φ_p)上的投影值，其中p＝1,2,…,P，记录最大投影系数对应的原子将其加入索引集U；利用索引集U重构原始信号，原始信号的近似解s_t＝U⁺r_t-1＝(U^TU)^-1U^Tr_t-1，并更新残差为

步骤六，判断是否达到最大迭代次数，若是，执行步骤七；否则令t＝t+1，返回步骤五；

步骤七，得到稀疏重构结果，利用索引集U得到信源方位角信息，输出相干信源波达方向估计结果。