[发明专利]一种非相干和相干信号一维波达方向估计方法

说明书

本发明公开了一种非相干和相干信号一维波达方向估计方法，包括以下步骤：1)根据入射到均匀线性阵列上的接收信号获得均匀线性阵列接收信号的阵列协方差矩阵；2)根据均匀线性阵列接收信号的阵列协方差矩阵进行噪声功率估计；3)估计非相干信号波达方向；4)计算用于非相干信号信息滤除的斜投影算子；5)估计相干信号波达方向。本发明方法计算高效，并在估计相干信号DOA的过程中利用斜投影算子抑制非相干信号干扰，同时避免了计算复杂的特征值分解过程，克服了非相干信号和相干信号分离及噪声干扰消除等技术难点。

技术领域

本发明涉及信号处理技术，尤其涉及一种非相干和相干信号一维波达方向估计方法。

背景技术

从含有噪声的接收数据中估计出目标的来波方向一直是传感器阵列信号处理中的重要研究内容之一。当传感器接收的信号为非相干信号或者部分相关信号时，已经有许多经典的高分辨率的谱估计方法提出，比如多重信号分类方法和基于空间旋转不变特性的估计方法等等。然而，在许多实际应用中，信号在传输的过程中由于受到高山、建筑物的遮挡或者军事上人为的电磁干扰，经常会发生多径传输效应，这就使得传感器阵列接收的信号不再是单纯的非相干(包括非相关和部分相关)信号，而往往是非相干和相干信号同时存在的混合信号。而现有的绝大部分波达方向估计算法只是考虑单纯的非相干信号或者单纯的相干信号，很少有方法能够估计出非相干和相干信号混合情况下的波达方向。因此研究这种更加复杂也更加实际的混合信号的波达方向估计问题既具有非常重要的理论意义，也是实际应用的迫切需求。

虽然，利用前向子阵列平均或者前后向子阵列平均技术可以处理相干信号所引起的信号子空间秩亏的问题，但是该类方法由于对整个阵列进行了平均划分，从而大大减小了阵列孔径，进一步降低了波达方向的估计精度。为了克服传统方法估计精度降低的缺点，最近几年，国际上一些学者提出了面向非相干和相干信号的两步波达方向估计方法，在这类方法中，第一步是对非相干和相干信号进行分离，第二步是分别估计出它们对应的波达方向，该方法的关键在于第一步如何有效分离非相干和相干信号。一部分学者提出了基于差分思想的非相干和相干信号分离技术，利用非相关信号所对应的阵列协方差矩阵具有共轭对称特性而相干信号阵列协方差矩阵不具备共轭对称特性，通过对共轭对称变换后的阵列协方差矩阵与原始协方差矩阵进行作差，从而获得只含有相干信号信息的差分矩阵。还有一部分学者提出了基于斜投影算子的混合非相干和相干信号波达方向估计方法，利用非相干信号和相干信号所对应的信号子空间的非正交特性，通过构造的斜投影算子对其分别进行投影从而获得只含非相干或只含相干信号信息的分量。然而，无论是基于差分方法还是基于斜投影方法的混合信号波达方向估计算法都存在相干信号“估计饱和”的问题，即在信噪比较高情况下，相干信号波达方向估计精度不随信噪比增加而提高，使得算法估计性能大大降低。同时，这些算法都需利用特征值分解来获取信号/噪声子空间，使得算法的计算量比较大，从而有可能无法满足实时性较高的应用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种非相干和相干信号一维波达方向估计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非相干和相干信号一维波达方向估计方法，包括以下步骤：

1)根据入射到均匀线性阵列上的接收信号获得均匀线性阵列接收信号的阵列协方差矩阵；其中，混合信号为包含K_c个相干信号和K_n个非相干信号的K个信号，均匀线性阵列由M个阵元所组成，阵元间的间距为d，其中相干信号是由P个信源多径效应生成，第p组包含K_p个相干信号它们来自于同一个信源s_hp(t)，对应的波达方向为{θ_p,k}，相干信号可以由信源线性表达出来，即s_p,k(t)＝η_p,ks_hp(t)，η_p,k为对应的多径效应系数。K_n个非相干信号所对应的波达方向为/通过利用均匀线性阵列的接收数据估计非相干信号波达方向/以及相干信号的波达方向/

将入射到均匀线性阵列上的接收信号表示为