[发明专利]杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法

说明书

本发明公开了一种杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法。其特征在于，包括：接收数个快拍向量，构造空间抽样阵列流型矩阵及其求导矩阵；初始化稀疏支撑向量、正则化参数、杂波‑噪声联合功率向量与波达方向偏差向量；依次迭代更新信号后验均值向量、协方差矩阵以及上述各变量；迭代停止条件满足时，波达方向估计由稀疏支撑向量与波达方向偏差向量给出。本发明的有益效果：(1)本发明利用杂波与噪声污染的各快拍中稀疏表示信号之间的联合稀疏性，对问题进行建模并求解，从而利用较少快拍即可得到较精确的估计；(2)本发明的正则化参数在迭代过程中自动更新，不需要经验预设；(3)本发明估计了各快拍中时变的杂波‑噪声联合功率。

技术领域

本发明涉及天线阵列的信号波达方向估计领域，具体涉及一种杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法。

背景技术

利用天线阵列被动接收空间中从各方向入射的合作或者非合作电磁波信号，形成数个快拍，波达方向估计方法使用这些快拍可实现对这些信号源的入射方向进行估计，即所谓的波达方向估计。波达方向估计可对信号的发射源进行定位，也可为后续在该方向上的信号增强接收提供前提，因此在通信、勘探、军事等诸多领域有着重要的应用。

目前绝大多数波达方向估计方法都只考虑信号被天线阵列接收时受接收天线通道的噪声污染。然而实际中，由于地面、海平面等复杂表面结构对电磁波的散射作用，接收信号也受到各种各样的杂波干扰，而这些方法在考虑这种杂波背景下的波达方向估计问题时性能将严重下降。

目前已有的天线阵列可处理杂波的波达方向估计方法往往需要较多的快拍数以及预知的杂波功率，这不仅不满足实时性，还不符合实际应用场景。

目前尚无已公开的专利用来解决杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计问题，但是有下列几篇论文提出了算法以期解决该问题：

文献(M.Mahot,et al.Asymptotic properties of robust complex covariancematrix estimates,IEEE TSP,2013)中基于Maronna型鲁棒协方差矩阵的特征分解以及子空间理论，提出了R-MUSIC算法；文献(R.Couillet,Robust spiked random matrices anda robust G-MUSIC estimator,J.Multivar.Anal.,2015)中使用随机矩阵理论估计Maronna型鲁棒协方差矩阵，提出了RG-MUSIC算法，给出了Kolmogorov意义上的MUSIC伪谱的一致鲁棒估计。这两种方法实质上还是基于对协方差矩阵的子空间分解来获得波达方向估计，而在快拍数较少的情况下，协方差矩阵的估计效果不佳。

文献(O.Besson,et al.Direction-of-arrival estimation in a mixture ofK-distributed and Gaussian noise,Signal Process.,2016)基于近似最大似然估计理论给出了一种K分布杂波下的波达方向估计方法，该方法的估计精度较高，但前提是需要精确预知噪声的功率。

传统技术存在以下技术问题：

(1)需要预设或者预知经验参数或变量，限制了其实用性；

(2)未很好地发掘利用各快拍中稀疏表示信号之间的联合稀疏性；

(3)需要较多的快拍才能得到较精确的波达方向估计结果；

(4)不能同时给出各快拍中时变的杂波-噪声联合功率。

发明内容