基于稀疏表示的波达方向角估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稀疏表示的波达方向角估计方法，主要解决现有同类技术运算量大和角度分辨率低，造成目标侦察和无源定位估计速度慢误差大的问题。其实现步骤是：1)获取阵列输出信号，并计算信号协方差矩阵R；2)利用协方差矩阵R下三角的元素构建稀疏重构向量；3)将空域进行网格划分处理，构造超完备基；4)根据稀疏重构向量和超完备基的稀疏表示关系，将波达方向角估计问题转化为求解约束优化方程的问题；5)采用凸优化方法求解约束优化方程得到最优估计向量；6)利用最优估计向量与空域角度的一一对应关系绘制幅度谱图，得到波达方向角度值。本发明专利技术降低了目标侦察和无源定位的运算速度和估计误差，可用于目标侦察和无源定位。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，主要解决现有同类技术运算量大和角度分辨率低，造成目标侦察和无源定位估计速度慢误差大的问题。其实现步骤是：1)获取阵列输出信号，并计算信号协方差矩阵R；2)利用协方差矩阵R下三角的元素构建稀疏重构向量；3)将空域进行网格划分处理，构造超完备基；4)根据稀疏重构向量和超完备基的稀疏表示关系，将波达方向角估计问题转化为求解约束优化方程的问题；5)采用凸优化方法求解约束优化方程得到最优估计向量；6)利用最优估计向量与空域角度的一一对应关系绘制幅度谱图，得到波达方向角度值。本专利技术降低了目标侦察和无源定位的运算速度和估计误差，可用于目标侦察和无源定位。【专利说明】
本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种波达方向角估计方法，可用于目标侦察与无源定位。
技术介绍
波达方向角DOA估计是利用处于空间不同位置的天线阵列接收多个不同方向的信号源发出的信号，运用现代信号处理方法快速准确的获得信号源的方向，在雷达、声纳、无线通信等领域具有重要应用价值。针对该问题构建的模型中，出现较早且应用较为广泛的是基于子空间的模型，之前的大部分DOA估计方法都是利用该模型生成的。近年来，由Donoho等提出的压缩感知理论为DOA估计问题提供了一种新思路，从而产生出一类基于稀疏表示模型的DOA估计方法。目前，基于稀疏信号表示的DOA估计方法中最经典的是L1_SVD方法。L1_SVD方法利用阵列接收数据奇异值分解(SVD)得到的信号子空间构造稀疏表示模型，然后通过二阶锥规划对LI范数约束模型进行求解。但这种方法运算量较大，且在低信噪比情况下，角度分辨率不理想。在实际应用中，由于目标侦察与无源定位均需要在角度估计的基础上进行，使用以上方法将造成目标侦察和无源定位反应速度慢和估计误差较大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种，以在降低运算量的情况下，提高目标侦察和无源定位的发现概率和角度分辨率，避免因角度估计误差引起目标侦察失误。为实现上述目的，本专利技术的实现步骤包括如下:一种基于稀疏表示的波达方向角度估计方法，包括以下步骤:I)采用M个天线接收机形成均匀线性阵列，并假设有K个信号入射到该均匀线性阵列，各天线接收机间距均为d，M≥2，K≥1，0 < d≥λ /2，λ为入射窄带信号波长；2)根据阵列天线的输出信号X(t)，计算信号协方差矩阵R:R = E{X(t)XH(t)}，其中，E(.)表示求数学期望，(.)H表示共轭转置运算；3)利用协方差矩阵构造稀疏重构向量z根据协方差矩阵R中对角线方向上同一条斜线上的各元素的值近似相等，且协方差矩阵R是共轭对角矩阵的特点，对协方差矩阵下半角的元素按对角线求平均，得到一个M-1维稀疏重构向量f，f = [f(l)，f(2),...，￡(/?)，…其中，(.)τ表示转置运算，^Jn)表示稀疏重构向量中的元素，其表达式为:1 Μ【权利要求】1.一种，包括以下步骤: 1)采用M个天线接收机形成均匀线性阵列，并假设有K个信号入射到该均匀线性阵列，各天线接收机间距均为d，M≥2，K≥1，0 < d≤λ /2，λ为入射窄带信号波长； 2)根据阵列天线的输出信号X(t)，计算信号协方差矩阵R:R = E{X(t)XH(t)}， 其中，Ε(.)表示求数学期望，(.)Η表示共轭转置运算； 3)利用协方差矩阵构造稀疏重构向量?: 根据协方差矩阵R中对角线方向上同一条斜线上的各元素的值近似相等，且协方差矩阵R是共轭对角矩阵的特点，对协方差矩阵下半角的元素按对角线求平均，得到一个M-1维稀疏重构向 【文档编号】G01S3/00GK104020438SQ201410280820【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日 【专利技术者】蔡晶晶, 李鹏, 鲍丹, 武斌, 秦国栋, 刘高高, 冯小平, 张银平 申请人:西安电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稀疏表示的波达方向角估计方法，包括以下步骤：1)采用M个天线接收机形成均匀线性阵列，并假设有K个信号入射到该均匀线性阵列，各天线接收机间距均为d，M≥2，K≥1，0＜d≤λ/2，λ为入射窄带信号波长；2)根据阵列天线的输出信号X(t)，计算信号协方差矩阵R：R＝E{X(t)XH(t)}，其中，E(·)表示求数学期望，(·)H表示共轭转置运算；3)利用协方差矩阵构造稀疏重构向量根据协方差矩阵R中对角线方向上同一条斜线上的各元素的值近似相等，且协方差矩阵R是共轭对角矩阵的特点，对协方差矩阵下半角的元素按对角线求平均，得到一个M‑1维稀疏重构向量其中，(·)T表示转置运算，表示稀疏重构向量中的元素，其表达式为：z^(m)=1M-mΣp=m+1MR(p,p-m),m=1,2,...,M-1,]]>其中，R(p,p‑m)表示协方差矩阵R的第p行，p‑m列的元素；4)构造超完备基并定义一个空域稀疏向量u：4a)根据信号源的空域稀疏特性，采用空间网格划分方法，将观测空域[‑90°,90°]等间隔划分成Q个角,定义为波达方向角范围θ＝[θ1,θ2,…,θq,…,θQ]，Q＞＞M；4b)构造一个信号稀疏化后对应的(M‑1)×Q维的超完备基A~(θ)=[α(θ1),...,α(θq),...,α(θQ)],]]>其中，α(θq)＝(exp(‑j2πdsinθq/λ),…,exp[‑j2πd(M‑1)sinθq/λ])T，q＝1,2,…,Q；4c)定义一个Q×1维的空域稀疏向量u，u＝[u1,u2…,uq,…,uQ]T，u中元素均为未知变量；5)通过稀疏重构获得空域稀疏向量u的最优估计5a)根据稀疏表示的思想，将波达方向角估计问题转化为求解约束优化方程式：minu^||u^||1s.t.||z^-A~(θ)u^||2≤ϵ,]]>其中，||·||1和||·||2分别表示求向量1‑范数和向量2‑范数，s.t.表示约束关系，ε表示误差的允许值，ε的取值为现实环境中的噪声标准差；5b)利用凸优化方法求解上述优化方程，得到稀疏向量的最优解6)以波达方向角范围θ＝[θ1,θ2,…,θq,…,θQ]的值为x轴坐标，以稀疏向量的最优解的幅度值为y轴坐标，绘制幅度谱图，从该幅度谱图中按照从高到低的顺序寻找幅值较大的前K个谱峰，这些谱峰的峰值点所对应的x轴坐标即为所求的波达方向角度值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晶晶，李鹏，鲍丹，武斌，秦国栋，刘高高，冯小平，张银平，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61