一种宽带辐射源参数估计方法技术

本发明专利技术提出一种基于均匀圆阵下的单个近场宽带辐射源参数估计方法。技术方案是：首先，将接收的宽带信号在频域划分为若干个子窄带，计算各个子窄带去噪后的相关矩阵；构造各个子窄带的聚焦转换矩阵；选择宽带信号的中心频率点作为参考频点，利用聚焦转换矩阵，求各个子窄带相关矩阵投影在参考频点处的平均相关矩阵；最后，利用平均相关矩阵，计算相邻阵元间接收数据的相位差，采用最小二乘算法反演估计得到近场宽带辐射源的方位角、俯仰角和距离。本发明专利技术无需辐射源位置参数的先验信息，在实现高精度参数估计的同时，保留了较低的计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带辐射源参数估计方法
本专利技术属于阵列信号处理
，特别涉及一种利用均匀圆阵对宽带辐射源的位置参数估计的方法，可用于对单个宽带辐射源的精确定位。
技术介绍
在雷达、通信、声呐等电子侦察领域，利用阵列接收辐射源发出的信号并估计出辐射源的位置参数，这一技术的应用具有重要的现实意义。因此，辐射源参数估计算法得到了国内外学者的广泛关注和研究。当前，针对窄带辐射源的参数估计算法已发展相对成熟。宽带辐射源具有抗干扰能力强、分辨率高、携带目标信息量大、与背景噪声相关性弱等优点，更有利于目标探测，特征提取等军用和民用需要。基于此，研究高效实用的宽带辐射源参数估计算法具有更高价值的应用前景。均匀圆阵以其全方位角覆盖、几乎不变的方向图以及额外的俯仰角信息等优点，引起了国内外学者的广泛研究。J.H.Lee等在论文《Algebraicpath-followingalgorithmforlocalizing3-Dnear-fieldsourcesinuniformcirculararray》(ElectronicsLetters.2003,37(17):pp.1283-1285)中采用路径搜索的方法提出了改进的MUSIC(MultipleSingleClassificationMethod)算法实现了窄带近场辐射源的到达角和距离的参数估计，虽然其对谱峰搜索进行了简化，但依然存在计算复杂度高的问题。Tae-JinJung等在论文《Closed-FormAlgorithmfor3-DSingle-SourceLocalizationWithUniformCircularArray》(IEEEAntennasAndWirelessPropagationLetters.2014,13:pp.1096-1099)中根据不同阵元接收数据的相位差与近场辐射源位置参数对应的数学关系，基于最小二乘算法提出了一种具有闭式解的近场辐射源三维参数估计方法，该算法在保证较好估计精度的前提下大幅降低了计算复杂度，具有较强的实用性。上述两种代表性方法均只针对窄带近场辐射源信号，无法直接拓展运用到近场宽带辐射源的定位。典型的宽带辐射源参数估计算法主要基于辐射源的频带划分，代表性的是非相干信号子空间方法和相干信号子空间方法。M.Wax等在论文《Spatio-temporalspectralanalysisbyeigenstructuremethods》(IEEETransactionsonAcoustics,Speech,andSignalProcessing.1984,32(4):pp.817-827)中将宽带辐射源在频域内划分为若干个窄带信号，并利用窄带信号参数估计方法得到各频点下的参数估计，最后利用求平均的方法得到最终的辐射源参数估计，算法需要遍历求解每个频点数据，计算复杂度较大。H.Wang等在论文《Coherentsignal-subspaceprocessingforthedetectionandestimationofanglesofarrivalofmultiplewide-bandsources》(IEEETransactionsonAcoustics,Speech,andSignalProcessing.1985,33(4):pp.823-831)中同样将宽带辐射源在频域内划分为若干个子窄带，构造聚焦矩阵，将子窄带信号投影到预先选定的参考频点上，最后利用窄带辐射源参数估计方法得到辐射源的位置参数，算法能够处理多个相干信号的参数估计，但需要辐射源位置参数的先验信息。近来，X.Chen等在论文《FastFRFT-basedAlgorithmfor3-DLFMSourceLocalizationwithUniformCircularArray》(IEEEAccess.2018,6:pp.2130-2135)中利用LFM(LinearFrequencyModulation,线性调频)信号在分数阶傅里叶域的能量聚焦性，提取出峰值输出的相位，结合窄带下相位差参数估计算法得到近场宽带辐射源的参数估计，算法参数估计精度较高，但需要分数阶傅里叶域的峰值搜索，计算复杂度也较高。针对大带宽的LFM信号，X.Chen等还在《Fastalgorithmfor3DwidebandLFMsourcelocalisationbasedontimedelayunderauniformcirculararray》(IETRadar,Sonar&Navigation.2019,13(12):pp.2212-2219)中提出基于时延结合相位差参数估计的近场宽带辐射源定位算法，算法对超宽带LFM信号的参数估计精度较高，且无模糊估计的辐射源频率范围较大，但是对于小带宽LFM信号的参数估计误差较大，甚至失效。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于均匀圆阵下的单个近场宽带辐射源参数估计方法，解决现有方法存在的计算复杂度高，在进行辐射源位置参数估计时需要先验信息等问题，同时本方法的估计精度更高。本专利技术的技术方案是：一种宽带辐射源参数估计方法，利用均匀圆阵对单个近场宽带辐射源参数进行估计，其特征在于，包括下述步骤：首先，将接收的宽带信号在频域划分为若干个子窄带，计算各个子窄带去噪后的相关矩阵，提取其特征向量；选择宽带信号的中心频率点作为参考频点，利用参考频点所在子窄带的相关矩阵的特征向量和各个子窄带相关矩阵的特征向量构造各个子窄带的聚焦转换矩阵，利用聚焦转换矩阵，求各个子窄带相关矩阵投影在参考频点处的平均相关矩阵；最后，利用平均相关矩阵，计算相邻阵元间接收数据的相位差，采用最小二乘算法反演估计得到近场宽带辐射源的方位角、俯仰角和距离。本专利技术的有益效果：1、本专利技术针对单个近场宽带辐射源进行参数估计，无需辐射源位置参数的先验信息，结构简单，工程上易于实现。2、本专利技术利用得到的参考频点下的平均相关矩阵计算相邻阵元接收数据的相位差并构造成矩阵乘积的形式，结合最小二乘估计算法得到近场宽带辐射源三维参数估计的闭式解，算法无需谱峰搜索和构造高阶累积量，大幅减小了近场宽带辐射源参数估计的计算量。3、实验结果表明，本专利技术相对于现有的近场宽带辐射源定位算法，在实现高精度参数估计的同时，保留了较低的计算复杂度。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术与基于分数阶傅里叶变换和基于时延估计两种算法三维参数估计的RMSEs随信噪比SNR变化的曲线对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明：设本专利技术所用的均匀圆阵的几何配置为：均匀圆阵由M个阵元组成，M个阵元均匀地分布在圆阵上，R是均匀圆阵的半径。已知λ是近场宽带辐射源的波长，则可推知近场宽带辐射源的发射的宽带信号的中心频率点c表示光速。设φ，θ，r分别表示被测量的近场宽带辐射源的方位角、俯仰角和距离。参照图1，本专利技术的具体实现步骤如下：步骤1，将各个阵元接收数据在频域划分为若干个子窄带。将M个阵元接收到的数据，即宽带信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带辐射源参数估计方法，利用均匀圆阵对单个近场宽带辐射源参数进行估计，其特征在于，包括下述步骤：首先，将接收的宽带信号在频域划分为若干个子窄带，计算各个子窄带去噪后的相关矩阵，提取其特征向量；选择宽带信号的中心频率点作为参考频点，利用参考频点所在子窄带的相关矩阵的特征向量和各个子窄带相关矩阵的特征向量构造各个子窄带的聚焦转换矩阵，利用聚焦转换矩阵，求各个子窄带相关矩阵投影在参考频点处的平均相关矩阵；最后，利用平均相关矩阵，计算相邻阵元间接收数据的相位差，采用最小二乘算法反演估计得到近场宽带辐射源的方位角、俯仰角和距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽带辐射源参数估计方法，利用均匀圆阵对单个近场宽带辐射源参数进行估计，其特征在于，包括下述步骤：首先，将接收的宽带信号在频域划分为若干个子窄带，计算各个子窄带去噪后的相关矩阵，提取其特征向量；选择宽带信号的中心频率点作为参考频点，利用参考频点所在子窄带的相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，刘振，彭勃，刘天鹏，苏晓龙，刘永祥，黎湘，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43