[发明专利]方向性电磁耦合效应下空域信息联合估计方法

说明书

本发明提供了一种方向性电磁耦合效应下空域信息联合估计方法，对接收信号计算协方差矩阵并进行特征值分解，构造只与角度相关的矩阵，使用加权子空间拟合算法构建拟合方程，对DOA进行估计，得到初步的DOA估计结果，使用初步估计的DOA估计互耦系数矩阵，使用估计出来的互耦矩阵，求解阵列流型，使用子空间拟合算法再次估计DOA。本发明估计出每个波达方向对应的互耦矩阵，并使用估计出的互耦矩阵精估计DOA，使用了子空间拟合算法，构造一个拟合方程，该方程可通过最优化问题来求解。估计性能优良，尤其在信噪比较低、快拍数较少时其性能明显优于子空间分解类算法。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其是阵列信号处理中的目标波达方向估计

(direction-of-arrival，DOA)方法，适用于利用均匀线阵结合加权子空间拟合算法，在互耦角度依赖的情况下实现高精度目标波达方向估计。

背景技术

在近年来的理论研究过程中，DOA估计算法的进展也比较迅速，涌现出了许多估计精度高的算法。其中具有代表性的是多重信号分类算法(multiple signalclassification，MUSIC)，这类算法通过对阵列输出的数学分解(如特征值分解和奇异值分解等),将数据空间划分为信号子空间和噪声子空间,利用这两个子空间的正交性来获得超分辨的空间谱，从而估计出波达方向。随着DOA估计技术的不断发展，出现了一类子空间拟合类算法，这类算法估计性能优良，尤其在信噪比较低、快拍数较少时其性能明显优于子空间分解类算法。

然而，无论是子空间分解类算法还是子空间拟合类算法，其超分辨测向性能都是基于阵列流形精确己知的前提下得到的。但是在实际的工程应用中，真实的阵列流形往往会随着气候、环境以及器件本身的变化而出现一定程度的偏差。例如天线各阵元电磁特性可能出现不一致、阵元之间存在耦合、阵元的真实位置与标称位置存在偏差等等。此时，这些超分辨测向算法的性能会严重恶化，甚至失效。因此，阵列误差的校正问题成为阵列信号处理技术走向实用化的一个瓶颈，研究阵列误差条件下的估计算法具有重要的理论意义和实用价值，也是近年来阵列信号处理领域的一个重要方向。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种方向性电磁耦合效应下空域信息联合估计方法。先前的解决阵元之间耦合误差的方法都是假设阵列中的互耦系数与波达方向是相互独立的，但是这一假设在实际中是无效的。为解决这一问题，本发明提供一种方向性电磁耦合效应下空域信息联合估计方法，用于互耦系数与方向相关的情况下估计波达方向和未知互耦系数，在未知阵元互耦角度相关情况下对DOA进行估计，获取信号估计角度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一：对接收信号y(n)计算协方差矩阵R_x；

步骤二：对计算的协方差矩阵R_x进行特征值分解，得到信号子空间U_s、噪声子空间U_n和信号特征值矩阵Σ_s，其中

步骤三：在互耦未知的情况下，构造只与角度相关的矩阵T；

步骤四：使用加权子空间拟合算法构建拟合方程，对DOA进行估计，得到初步的DOA估计结果；

步骤五：使用初步估计的DOA估计互耦系数矩阵；

步骤六：使用估计出来的互耦矩阵，求解阵列流型，使用子空间拟合算法再次估计DOA。

步骤七：将细化搜索网格，重复步骤四至步骤六。

所述步骤一的具体步骤如下：

当互耦矩阵与角度相关时，阵列模型表示为：