一种相干信源二维波达方向的估计方法及系统技术方案

本公开涉及一种相干信源二维波达方向的估计方法及系统，所述方法包括：部署接收阵列接收相干信源信号值，通过接收到的信号值构建协方差矩阵，对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量，利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵。本发明专利技术的优点是：实现简单，降低了计算的复杂度，提高了低信噪比下估计的准确性。

A Method and System for Estimating Two-Dimensional DOA of Coherent Sources

The present disclosure relates to a method and system for estimating the two-dimensional direction of arrival of coherent sources. The method includes deploying a receiving array to receive coherent source signal values, constructing a covariance matrix from received signal values, eigenvalue decomposition of the covariance matrix, extraction of eigenvectors containing all signal information, and reconstruction of Toeplitz matrix using extracted eigenvectors. The invention has the advantages of simple implementation, reduced computational complexity and improved accuracy of estimation under low signal-to-noise ratio.

【技术实现步骤摘要】
一种相干信源二维波达方向的估计方法及系统
本专利技术涉及一种相干信源二维波达方向的估计方法及系统。
技术介绍
空间估计技术是近30年来发展起来的一门新兴的空域信号处理技术，也可以说它是在波束形成技术，零点技术和时域谱估计技术的基础上发展起来的一种新技术，其主要目标是研究提高在处理带宽内空间信号(包括独立、部分相关和相刊角度)的估计精度、角度分辨力和提高运算速度的各种算法。对空间信号到达角的估计最早的方法是采用机械波束扫描的方法，这种方法在速度上和精度上都满足不了实际的需要，波束形成技术的研究，在这些方面有了突破性的进展。在目前空间信号很可能存在多源(在处理带宽内)信号，波束形成所给出的角度误差将会增大，甚至将非所需的干扰信号误认为所需信号的到达角。因此，存在多源信号时，对所需信号到达角的估计就成为迫切的课题。阵列信号处理的一个基本问题是空间信号到达方向(directionofarrival，DOA)估计的问题，也是雷达、声纳等许多领域的重要问题。但是由于传播系统中的复杂性，会存在相干信源的，这将会造成虚警或目标定位错误等问题。例如MUSIC由于相干引起的信号子空间与噪声子空间的相互渗透，无法对相干信号进行良好的估计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种相干信源二维波达方向的估计方法，其解决对相干信源二维波达方向的估计问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，包括：部署接收阵列接收相干信源信号值；通过接收到的信号值构建协方差矩阵；对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量；利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵。本专利技术的另一目的在于提供一种相干信源二维波达方向的估计系统，其特征在于，包括：部署模块，用于部署接收阵列接收相干信源信号值；构建模块，用于通过接收到的信号值构建协方差矩阵；提取模块，用于对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量；处理模块，用于利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：实现简单，包括：部署接收阵列接收相干信源信号值；通过接收到的信号值构建协方差矩阵；对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量；利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵，降低了计算的复杂度，提高了低信噪比下估计的准确性。附图说明图1是本专利技术的相干信源二维波达方向的估计方法的流程图；图2是本专利技术的实施例示意图。具体实施方式下面通过具体实施方案对本专利技术作进一步详细描述，但这些实施实例仅在于举例说明，并不对本专利技术的范围进行限定。请参照图1，本专利技术的一种相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，包括：步骤S101，部署接收阵列接收相干信源信号值；步骤S102，通过接收到的信号值构建协方差矩阵；步骤S103，对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量；步骤S104，利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵。在一个实施例中，所述部署接收阵列接收相干信源信号值包括：调整部署的接收阵元的位置，使M个阵元处于同一水平的直线上。在一个实施例中，所述部署接收阵列接收相干信源信号值进一步包括：部署P个远场相干信号源，使之处于同一平面内，相干信号源远离接收阵列，使接收阵元位于相干信号源的远场。在一个实施例中，所述对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量包括：方差矩阵R行特征值分解，分解成R＝Us∑sUsH+σ2UnUnH形式，其中Us表示大特征向量组成的向量块，为信号的子空间，Un表示小特征向量组成的向量块，为噪声子空间。在一个实施例中，所述对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量进一步包括：在所述的大特征向量块Us中提取出最大的特征值向量。在一个实施例中，所述对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量进一步包括：对所述特征向量用阵列导向矢量的线性组合表示，再做去相干处理，得到去相干后的矢量。在一个实施例中，所述利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵进一步包括：仿真出采用MUSIC算法的空间谱。在一个实施例中，进一步包括：找出所述空间谱的峰值。在一个实施例中，所述找出所述空间谱的峰值包括：建立以横坐标为角度θ，纵坐标为信噪比的二维直角坐标系，在该坐标系下画出MUSIC算法的空间谱函数；找出所述空间谱函数对应的波峰，波峰值对应的横坐标的角度θ即为相干信源对应的波达角。作为具体的实施例，本专利技术的方法包括：包含部署信号接收阵列，接收P个相干信号入射到接收阵列的信号值，重构包含所有信号信息的Toeplitz矩阵，以接收阵列为基础建立坐标系，估计入射信源与Y轴的夹角来确定相干信源的二维波达方向。作为具体的实施例，请参照图2，所述的估计方法包括以下步骤：步骤1：部署接收信号的阵列。步骤2：接收信源发出的信号，接收信源发出的信号值可表示为：x1(t),x2(t),x3(t),...xM(t)。步骤3：取N个相干信号源，假设入射方向分别为[θ1，θ2，...，θN]，写成矢量形式为：X(t)＝AS(t)+N(t)。A为空间阵列流行矩阵(导向矢量阵)。步骤4：根据所述阵列信号模型，构建协方差矩阵。步骤5：对协方差矩阵进行特征值分解，求出最大特征值所对应特征向量。步骤6：对所述特征向量用阵列导向矢量的线性组合表示，再对做去相干处理，得到去相干后的矢量。步骤7：利用重构M×M的Toeplitz矩阵。步骤8：对矩阵Y进行特征值分解，然后仿真出采用MUSIC算法的空间谱。步骤9：找出所述空间谱的峰值，其对应的角即为相干信源的波达角估计值，对应的方向即为相干信源的方向。本专利技术还提供一种相干信源二维波达方向的估计系统，包括：部署模块，用于部署接收阵列接收相干信源信号值；构建模块，用于通过接收到的信号值构建协方差矩阵；提取模块，用于对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量；处理模块，用于利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵。作为具体的实施例，步骤1所述的部署接收信号的阵列，还包括以下步骤：步骤1.1：部署接收信号的阵列，所述的接收信号阵列中包含M个传感器为阵元，相邻两个传感器的间距d等于信号波长λ的二分之一；步骤1.2：所述的接收信号阵列中传感器的高度尺寸远小于波长λ，可近似认为接收阵元是原点；步骤1.3：调整部署的接收阵元的位置，使M个阵元处于同一水平的直线上，以阵元所在直线为X轴，垂直X轴定为Y轴，阵元和信源均在XOY平面。步骤1.4：部署P个远场相干信号源，使之处于同一平面内，相干信号源远离接收阵列，使接收阵元位于相干信号源的远场。作为具体的实施例，步骤2所述的通过所述阵列，接收信源发出的信号，接收信源发出的信号值可表示为：x1(t),x2(t),x3(t),...xM(t)，还包括以下步骤：步骤2.1：通过所述阵列接收的第一个阵元接收的信号x1(t)＝s(t)+n1(t)则同一时间第二个信号值即同理可得同一时间第三个阵元，第四个阵元，一直到第M个阵元的信号x2(t),x3(t),...xM(t)；步骤2.2：将表示的M个信号值进行列堆栈，形成高维矩阵列矢量：作为具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，包括：部署接收阵列接收相干信源信号值；通过接收到的信号值构建协方差矩阵；对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量；利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，包括：部署接收阵列接收相干信源信号值；通过接收到的信号值构建协方差矩阵；对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量；利用提取出的特征向量重构Toeplitz矩阵。2.根据权利要求1所述的相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，所述部署接收阵列接收相干信源信号值包括：调整部署的接收阵元的位置，使M个阵元处于同一水平的直线上。3.根据权利要求2所述的相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，所述部署接收阵列接收相干信源信号值进一步包括：部署P个远场相干信号源，使之处于同一平面内，相干信号源远离接收阵列，使接收阵元位于相干信号源的远场。4.根据权利要求1所述的相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，所述对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量包括：方差矩阵R行特征值分解，分解成R＝Us∑sUsH+σ2UnUnH形式，其中Us表示大特征向量组成的向量块，为信号的子空间，Un表示小特征向量组成的向量块，为噪声子空间。5.根据权利要求4所述的相干信源二维波达方向的估计方法，其特征在于，所述对协方差矩阵进行特征值分解，提取出包含所有信号信息的特征向量进一步包括：在所述的大特征向量块U...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒荣，
申请(专利权)人：贵州航天计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：贵州,52