[发明专利]用于多径传播环境下极低信噪比信号的波达方向估计方法

说明书

本发明实施例公开了一种用于多径传播环境下极低信噪比信号的波达方向估计方法，包括：将每一天线接收的单个采样点阵列信号序列，划分为多个具有相同长度的采样点序列，扩展得到多个采样点阵列信号；确定直达波信号与所述多个采样点阵列信号的互相关函数，将所述互相关函数拆分，构造得到具有信号分量和噪声分量的增强的期望阵列信号；根据所述增强期望阵列信号，获取多径信号的波达方向。该方法通过将单个采样点阵列信号，扩展到多个采样点阵列信号，计算直达波信号与多个采样点阵列信号的互相关函数，将该互相关函数拆分，构造得到增强的期望阵列信号，从而增强回波信号的信噪比和信干比，使得估计极低信噪比回波信号的方向更准确。

技术领域

本发明涉及阵列信号参数估计技术领域，具体涉及一种用于多径传播环境下极低信噪比信号的波达方向估计方法及装置。

背景技术

波达方向在通信、雷达、声纳和其他领域中起着重要作用，在过去的几十年中，许多方法，如基于子空间的方法，最大似然法和基于稀疏表示的方法已经在这个主题上进行了广泛的研究。在多径环境中，如电离层探测，全球导航卫星系统，机载雷达等，一些入射信号彼此高度相关，其中一些可以是相干的。在这种情况下，传统波达方向估计方法的性能受到显著影响。

目前，通过采用相关预处理，可以扩展MUSIC(Multiple Signal Classification，多信号分类)，例如空间平滑和Toeplitz近似技术。此外，基于最大似然法和基于稀疏表示的方法可适用于相干场景。然而，这些方法没有考虑需要估计其波达方向的期望多径信号的信噪比非常低的情况，并且存在可以掩蔽相邻弱路径的强直达波。例如，在无源双基地雷达系统中，回波信号和直达波信号之间的功率差可以大于100dB。在低信噪比的情况下，信源的数量很难正确估计，信号子空间可能与噪声子空间交换，估计回波信号的波达方向是一个具有挑战性的问题。特别是对于阵列天线元件接收到低信噪比信号的情况下，使得极低信噪比情况下多径信号的方向估计不够准确。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于多径传播环境下极低信噪比信号的波达方向估计方法，它可以解决回波信号信噪比和信干比较低时的波达角估计问题，并且能构建显著提升期望回波信号信噪比和信干比的增强阵列信号，使得估计极低信噪比多径信号的方向更为准确。

第一方面，本发明实施例提供一种用于多径传播环境下极低信噪比信号的波达方向估计方法，包括：将每一天线接收的单个采样点阵列信号序列，划分为多个具有相同长度的采样点序列，扩展得到多个采样点阵列信号；确定直达波信号与所述多个采样点阵列信号的互相关函数，将所述互相关函数拆分，构造得到具有信号分量和噪声分量的增强的期望阵列信号；根据所述增强期望阵列信号，获取多径信号的波达方向。

按上述技术方案，所述S10之前，还包括：S00、通过自适应波束形成技术，从接收到的直达波信号和回波信号中获取直达波信号。

按上述技术方案，所述S10包括：将K长度的单个采样点阵列信号序列分成K₂个相同长度的序列，每个序列段有K₁＝K/K₂子序列，扩展得到多个采样点阵列信号。

按上述技术方案，所述S30包括：对所述增强的期望阵列信号应用MUSIC方法，获取所述回波信号的波达方向。

按上述技术方案，所述对所述增强的期望阵列信号应用MUSIC方法，获取所述回波信号的波达方向，包括：根据所述增强的期望阵列信号的数据协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间，基于MUSIC方法，获取所述回波信号的波达方向。

按上述技术方案，所述自适应波束形成技术为稳健自适应波束形成技术。

按上述技术方案，所述噪声子空间的维数为M-2；其中，M为天线阵元个数。