一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法技术

本发明专利技术公开了一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，其主要思路为：确定均匀直线线阵，均匀直线线阵从其检测范围内的P个宽带信源接收宽带信号，分别确定P个宽带信源的粗略估计波达角度和P个宽带信源波达角度的精确搜索范围；分别计算第tp次搜索后参考频域子带f0和第tp次搜索后参考频域子带f0第p个宽带信源的第tp个搜索角度代价值；令tp的值分别取1至T'，得到第p个宽带信源的T'个搜索角度代价值，将tp的值初始化为1；令p的值分别取1至P，进而得到P个宽带信源的T'

【技术实现步骤摘要】
一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法
本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，适用于在获得有误差的宽带信源初估角度的情况下实现精确的宽带波达方向估计。
技术介绍
随着信号处理技术的发展，基于窄带阵列信号的高分辨算法已经比较成熟；相对于窄带信号，宽带信号具有携带的目标信息量大、混响背景相关性弱等特点,有利于目标的参数估计；而窄带信号虽然与宽带信号相近，但其处理方法并不能直接应用于宽带信号的处理；因此,宽带信号的处理已成为阵列信号处理研究的重要方向和热点问题。经典的宽带波达方向估计算法分为两类，一类是非相干信号子空间算法，即ISM(IncoherentSignalMethod)类算法，一类是相干信号子空间算法(CoherentSignalMethod，CSM)算法。ISM算法的主要思路是将整个宽带信号划分为多个窄带分开进行处理，这种处理方式会导致丢失信息且无法处理相干源；而相干信号子空间算法，虽然通过聚焦矩阵将各个子带聚焦到一个频点的处理处理方式能有效处理相干源问题，但一般的聚焦方法需要预估一个来波方向，并且相干信号子空间算法性能受预估角的准确度影响较大。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，该种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法能够处理相干、非相干源并能在预估角存在误差的情况下准确估计宽带信号的波达方向。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，包括以下步骤：步骤1，确定均匀直线线阵，所述均匀直线线阵包含M个阵元，并且均匀直线线阵从其检测范围内的P个宽带信源接收宽带信号，分别确定P个宽带信源的粗略估计波达角度和P个宽带信源波达角度的精确搜索范围；其中，M、P分别为大于0的正整数；初始化：令T'表示搜索次数，T'为大于0的正整数；tp＝1,2,...,T'，p＝1,2,...,P，tp表示第tp次搜索；步骤2，根据P个宽带信源波达角度的精确搜索范围，设定第tp次搜索后P个宽带信源的联合搜索角度为L(t1,..,tp,..,tP)，然后计算第tp次搜索后参考频域子带f0，进而计算第tp次搜索后参考频域子带f0的空间谱估计结果其中，θ为角度变量；步骤3，根据第tp次搜索后参考频域子带f0的空间谱估计结果计算得到第tp次搜索后参考频域子带f0第p个宽带信源的第tp个搜索角度代价值；步骤4，令tp的值分别取1至T'，重复执行步骤2和步骤3，直到得到第1次搜索后参考频域子带f0第p个宽带信源的第1个搜索角度代价值至第T'次搜索后参考频域子带f0第p个宽带信源的第T'个搜索角度代价值，记为第p个宽带信源的T'个搜索角度代价值，将tp的值初始化为1；步骤5，令p的值分别取1至P，重复执行步骤2至步骤4，直到得到第1个宽带信源的T'个搜索角度代价值至第P个宽带信源的T'个搜索角度代价值，记为P个宽带信源的T'P个搜索角度代价值；步骤6，根据P个宽带信源的T'P个搜索角度代价值，计算T'P个搜索角度代价值函数；步骤7，确定T'P个搜索角度代价值函数中的最大值，记为FMAX，FMAX对应的联合搜索角度(θ'1,..,θ'p,..,θ'P)为P个宽带信源的波达方向估计角度，所述P个宽带信源的波达方向估计角度为对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计结果；其中，θ'p表示第p个宽带信源的波达方向估计角度。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：第一，本专利技术由于采用了CSM算法计算空间谱，克服了ISM类算法不能充分利用信号能量、不能正确估计相干信号的缺点。第二，本专利技术由于采取了对预估角做精确搜索求得代价函数，克服了传统的CSM算法的测向结果的准确度依赖于预估角的准确度的缺点，提高了对预估角误差的鲁棒性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法流程图；图2是本专利技术的仿真所用的阵元天线排布图；图3是使用本专利技术方法与现有技术的仿真性能比较图。具体实施方式：参照图1，本专利技术的实现过程如下：步骤1，根据均匀直线阵列接收数据，利用非相干子空间算法(ISM)得到目标的估计数目、粗略估计角度结果，并根据经验确定各个角度的精确搜索范围。(1.1)确定均匀直线线阵，所述均匀直线线阵包含M个阵元，阵元间距为d；将M个阵元从1到M依次编号，并将第1个阵元作为参考阵元，均匀直线线阵从其检测范围内的P个宽带信源接收宽带信号，设定P个宽带信源的入射角依次为θ1,θ2,…,θP，其中宽带信源是指每个阵元接收信号的带宽B满足1/B≥0.1×(d/c)的信源；其中，M>P，c为光速。将第i个阵元接收的宽带信号记为xi(t)，其表达式为：其中，i＝1,2…,M，p＝1,2…,P，sp(t)为第p个宽带信源发射的宽带信号，θp为第p个宽带信源的波达方向，τi(θp)表示第p个宽带信源的入射角到达第i个阵元的时间相对于第p个宽带信源的入射角到达参考阵元的波程差，ni(t)表示第i个阵元的噪声信号，t表示时间变量。对第i个阵元接收的宽带信号xi(t)进行傅里叶变换，得到第i个阵元的频域宽带信号进而得到M个阵元的M×1维频域数据矩阵X(ω)，其表达式为：其中，ω表示与t对应的频域时间变量，t表示时间变量，A(ω)表示M×P维导向矢量矩阵，S(ω)表示P×1维目标信号矩阵，N(ω)表示均值为零的M×1维高斯白噪声矩阵，Sp(ω)表示第p个宽带信源发射的频域宽带信号，Ni(ω)表示第i个阵元的频域噪声信号。由上式可知，M×P维导向矢量矩阵A(ω)是随频率变化的，且M×P维导向矢量矩阵A(ω)与均匀直线线阵的结构和每个宽带信源的入射角度相关，同时随着每个阵元接收的宽带信号瞬时频率不断变化；因此，将M个阵元接收的宽带信号x1(t),…,xM(t)分别采样N'次，并将采样N'次后的结果记为N'个快拍，每个快拍包含宽带信号x1(t),…,xM(t)的一次采样；然后将N'个快拍划分为K个子段，记为K个时域子带，每个时域子带包含J个连续采样点，记为J个频域子带，N'＝J×K；对每个时域子带作离散傅立叶变换(DFT)，得到第k个时域子带的第j'个频域子带接收的宽带信号输出Xk(fj')，其表达式为：其中，Xk(fj')表示第k个时域子带的第j'个频域子带的M×1维频域数据矩阵，Sk(fj')表示第k个时域子带的第j'个频域子带的P×1维目标信号矩阵，Nk(fj')表示第k个时域子带的第j'个频域子带的M×1维零均值的高斯白噪声矩阵，Xki(fj')表示第k个时域子带的第j'个频域子带在第i个阵元处的频域数据，Ski(fj')表示第k个时域子带的第j'个频域子带在第i个阵元处的目标信号，Nki(fj')表示第k个时域子带的第j'个频域子带在第i个阵元处的零均值的高斯白噪声；进而计算得到第j'个频域子带的M×P维导向矢量矩阵A(fj')，其表达式为：A(fj')＝[a(fj',θ1),a(fj',θ2),…,a(fj',θP)]其中，a(fj',θp)表示第j'个频域子带、第p个宽带信源的导向矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定均匀直线线阵，所述均匀直线线阵包含M个阵元，并且均匀直线线阵从其检测范围内的P个宽带信源接收宽带信号，分别确定P个宽带信源的粗略估计波达角度和P个宽带信源波达角度的精确搜索范围；其中，M、P分别为大于0的正整数；初始化：令T'表示搜索次数，T'为大于0的正整数；tp＝1,2,...,T'，p＝1,2,...,P，tp表示第tp次搜索；步骤2，根据P个宽带信源波达角度的精确搜索范围，设定第tp次搜索后P个宽带信源的联合搜索角度为L(t1,..,tp,..,tP)，然后计算第tp次搜索后参考频域子带f0，进而计算第tp次搜索后参考频域子带f0的空间谱估计结果

【技术特征摘要】
1.一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定均匀直线线阵，所述均匀直线线阵包含M个阵元，并且均匀直线线阵从其检测范围内的P个宽带信源接收宽带信号，分别确定P个宽带信源的粗略估计波达角度和P个宽带信源波达角度的精确搜索范围；其中，M、P分别为大于0的正整数；初始化：令T'表示搜索次数，T'为大于0的正整数；tp＝1,2,...,T'，p＝1,2,...,P，tp表示第tp次搜索；步骤2，根据P个宽带信源波达角度的精确搜索范围，设定第tp次搜索后P个宽带信源的联合搜索角度为L(t1,..,tp,..,tP)，然后计算第tp次搜索后参考频域子带f0，进而计算第tp次搜索后参考频域子带f0的空间谱估计结果其中，θ为角度变量；步骤3，根据第tp次搜索后参考频域子带f0的空间谱估计结果计算得到第tp次搜索后参考频域子带f0第p个宽带信源的第tp个搜索角度代价值；步骤4，令tp的值分别取1至T'，重复执行步骤2和步骤3，直到得到第1次搜索后参考频域子带f0第p个宽带信源的第1个搜索角度代价值至第T'次搜索后参考频域子带f0第p个宽带信源的第T'个搜索角度代价值，记为第p个宽带信源的T'个搜索角度代价值，将tp的值初始化为1；步骤5，令p的值分别取1至P，重复执行步骤2至步骤4，直到得到第1个宽带信源的T'个搜索角度代价值至第P个宽带信源的T'个搜索角度代价值，记为P个宽带信源的T'P个搜索角度代价值；步骤6，根据P个宽带信源的T'P个搜索角度代价值，计算T'P个搜索角度代价值函数；步骤7，确定T'P个搜索角度代价值函数中的最大值，记为FMAX，FMAX对应的联合搜索角度(θ'1,..,θ'p,..,θ'P)为P个宽带信源的波达方向估计角度，所述P个宽带信源的波达方向估计角度为对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计结果；其中，θ'p表示第p个宽带信源的波达方向估计角度。2.如权利要求1所述的一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，其特征在于，在步骤1中，所述P个宽带信源的粗略估计波达角度和P个宽带信源波达角度的精确搜索范围，其得到过程为：将第i个阵元接收的宽带信号记为xi(t)，将M个阵元接收的宽带信号x1(t),…,xM(t)分别采样N'次，并将采样N'次后的结果记为N'个快拍，每个快拍包含宽带信号x1(t),…,xM(t)的一次采样；然后将N'个快拍划分为K个子段，记为K个时域子带，每个时域子带包含J个连续采样点，记为J个频域子带，N'＝J×K；计算得到M个阵元接收宽带信号的波达方向估计结果P(θ)：其中，a(fj',θ)表示第j'个频域子带的搜索矢量，j'＝1,2…,J，UNj'表示示第j'个频域子带的噪声子空间，fj'表示第j'个频域子带，上标H表示共轭转置；将M个阵元接收宽带信号的波达方向估计结果P(θ)作二维图，并在所述二维图中找出P个极大值，P个极大值的横坐标即为P个宽带信源的粗略估计波达角度进而得到P个宽带信源波达角度的精确搜索范围△θ表示设定角度间隔，令表示第p个宽带信源的粗略估计波达角度，p＝1,2,...,P。3.如权利要求2所述的一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，其特征在于，所述△θ表示设定角度间隔和所述T'表示搜索次数，还包括：△θ＝△η×T；其中，△η表示P个宽带信源波达角度的搜索精度。4.如权利要求3所述的一种对预估角误差鲁棒的高分辨宽带波达方向估计方法，其特征在于，在步骤2中，所述第tp次搜索后P个宽带信源的联合搜索角度为L(t1,..,tp,..,tP)，其表达式为：其中，tp＝1,2,...,T'，p＝1,2,...,P，表示第tp次搜索后第p个宽带信源的第tp个搜索角度；计算所述第tp次搜索后参考频域子带f0，进而计算第tp次搜索后参考频域子带f0的空间谱估计结果其得到过程为：将第tp次搜索后P个宽带信源的联合搜索角度为L(t1,..,tp,..,tP)作为预估角，并根据预估角构建第tp次搜索后第j'个频域子带的扫描导向矢量矩阵Aβ(fj')，其表达式为：其中，表示第tp次搜索后第j'个频域子带、第p个宽带信源的第tp个...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾操，周玮玮，朱圣棋，杨志伟，李世东，廖桂生，陶海红，李军，许京伟，申一伟，
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