参数估计方法、装置、电子设备及存储介质制造方法及图纸

本申请提供一种参数估计方法、装置、电子设备及存储介质，获取利用天线阵列接收到的信号的协方差矩阵；信号包括：L个期望信号和噪声信号；天线阵列的天线阵元之间存在与各个期望信号到达到天线阵列上的入射角度相关的互耦；对协方差矩阵进行特征分解，得到噪声子空间；根据期望信号的导向矢量和噪声子空间U

Parameter estimation method, device, electronic equipment and storage medium

【技术实现步骤摘要】
参数估计方法、装置、电子设备及存储介质
本申请涉及信号处理
，具体而言，涉及一种参数估计方法、装置、电子设备及存储介质。
技术介绍
信号的波达方向(DirectionofArrival，DOA)估计(其中，DOA即信号到达天线阵列的入射角度)是雷达信号处理的重要组成部分。为了减少栅瓣对角度估计的影响，阵元间距一般都设置为半波长或者更短，然而这不可避免地会导致相邻的多个阵元间的相互耦合，这一影响我们称之为互耦。通常会假设互耦是与角度无关的，但实际上不同波达方向的信号引起的互耦是不同的，也就是说阵元间的互耦与信号的波达方向相关的。针对信号的DOA与互耦相关的场景，Elbir提出了一种角度相关互耦下的参数估计(parameterestimationfordirection-dependentmutualcoupling，PEDDMC)算法，PEDDMC算法计算出各个信号角度互耦系数矩阵集下的空间谱后，通过谱峰搜索方法得到了L个峰值及与其对应的L个角度，再对互耦系数矩阵进行约束，并将约束问题转化为一个凸优化求解问题，实现了对互耦系数矩阵的不断更新，通过判定相邻两次角度估计的差值是否满足预设值来最终确定信号的角度和互耦系数矩阵，然而该算法中的凸优化问题的求解过程复杂度高，且需要涉及多次迭代求解，复杂度更高。申请内容鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种参数估计方法、装置、电子设备及存储介质，以在阵元间的互耦系数与信号的入射角度相关的情况下，以较低的复杂度实现对信号的角度和互耦系数的估计。第一方面，本申请实施例提供一种参数估计方法，所述方法包括：获取利用天线阵列接收到的信号的协方差矩阵；所述信号中包括：L个期望信号和噪声信号；所述天线阵列中包括的天线阵元数为M；M大于L，且L和M均为大于1的正整数；其中，所述天线阵列的天线阵元之间存在与各个期望信号到达到所述天线阵列上的入射角度相关的互耦；对所述协方差矩阵进行特征分解，得到噪声子空间；根据所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到过渡矩阵其中，Un表示所述噪声子空间，维度为M×(M-L)；P为小于M的正整数；a(θl)表示第l个期望信号的导向矢量，维度为M×1，θl表示所述第l个期望信号到达所述天线阵列上的入射角度，l＝1,2,...,L；p＝1,2,...P；v(θl)＝[cT(θl),01×M-P]T；C(θl)表示与所述第l个期望信号对应的互耦系数矩阵，维度为M×M，C(θl)＝toplitze[v(θl)]，c(θl)＝[1,c1(θl),…,cP-1(θl)]T表示所述第l个期望信号对应的互耦系数向量；基于所述过渡矩阵，得到各个期望信号的入射角度和对应的互耦系数向量，TH(θl)表示矩阵T(θl)的共轭转置。在上述实现过程中，根据所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到过渡矩阵其中，由于Ep与信号的入射角度不相关，且cH(θl)Q(θl)c(θl)＝0，因此，可以直接利用所述过渡矩阵估计出各个期望信号的入射角度和对应的互耦系数向量，避免了凸优化求解过程和迭代的过程，继而降低计算复杂度。基于第一方面，在一种可能的设计中，所述基于所述过渡矩阵，得到各个期望信号的入射角度和对应的互耦系数向量，包括：基于所述过渡矩阵，得到空间谱函数其中，det[Q(θl)]表征Q(θl)的行列式；对所述空间谱函数进行谱峰搜索，得到L个谱峰对应的期望信号的入射角度；针对每个期望信号，基于该期望信号的入射角度对所述过渡矩阵进行特征分解，得到最小特征值所对应的特征向量；利用所述对应的特征向量中的第一个元素，对所述对应的特征向量进行归一化，得到该期望信号对应的互耦系数向量。在上述实现过程中，利用过渡矩阵构建谱峰空间谱函数，可以理解的是，在对期望信号的入射角度估计的过程中，若将期望信号的真实角度输入到谱峰函数中，谱峰函数则会输出一个谱峰，若将其他角度输入到谱峰函数中时，谱峰函数不会输出一个谱峰；因此，通过对所述空间谱函数进行谱峰搜索，可以将L个谱峰对应的角度确定为期望信号的入射角度，基于该期望信号的入射角度对所述过渡矩阵进行特征分解，得到最小特征值所对应的特征向量，由于cH(θl)Q(θl)c(θl)＝0，因此，利用该期望信号对应的最小特征值所对应的特征向量，可以得到该期望信号对应的互耦系数向量，其次，由于期望信号对应的互耦系数向量的第一个元素的值为1，因此，利用所述对应的特征向量中的第一个元素，对所述对应的特征向量进行归一化，可以准确地得到该期望信号对应的互耦系数向量，避免了凸优化求解过程和迭代的过程，继而降低计算复杂度。基于第一方面，在一种可能的设计中，所述根据所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到过渡矩阵，包括：根据所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到第一表达式对所述第一表达式进行处理，得到所述过渡矩阵。在上述实现过程中，充分利用所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，得到第一表达式，继而能够根据所述第一表达式，快速地得到所述过渡矩阵。基于第一方面，在一种可能的设计中，所述获取接收到的信号的协方差矩阵，包括：在预设时长内接收到K个信号之后，将所述K个信号输入到预设表达式，得到所述协方差矩阵；其中，所述预设表达式为为所述K信号中的第k个信号；其中，所述K信号中的每个信号均包括：所述L个期望信号和所述噪声信号；K为采样快拍数，K大于等于2。在上述实现过程中，利用在预设时长内接收到K个信号来构建协方差矩阵，其中，K大于等于2，有利于提高期望信号的角度估计精度和互耦系数估计精度。第二方面，本申请实施例提供一种参数估计装置，所述装置包括：获取单元，用于获取利用天线阵列接收到的信号的协方差矩阵；所述信号中包括：L个期望信号和噪声信号；所述天线阵列中包括的天线阵元数为M；M大于L，且L和M均为大于等于1的正整数；特征分解单元，用于对所述协方差矩阵进行特征分解，得到噪声子空间；过渡单元，用于根据所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到过渡矩阵其中，Un表示所述噪声子空间，维度为M×(M-L)；P为小于M的正整数；a(θl)表示第l个期望信号的导向矢量，维度为M×1，θl表示所述第l个期望信号到达所述天线阵列上的入射角度，l＝1,2,...,L；p＝1,2,...P；v(θl)＝[cT(θl),01×M-P]T；C(θl)表示与所述第l个期望信号对应的互耦系数矩阵，维度为M×M，C(θl)＝toplitze[v(θl)]，c(θl)＝[1,c1(θl),…,cP-1(θl)]T表示所述第l个期望信号对应的互耦系数向量；参数估计单元，用于基于所述过渡矩阵，得到各个期望信号的入射角度和对应的互耦系数向量。基于第二方面，在一种可能的设计中，所述参数估计单元，具体用于基于所述过渡矩阵，得到空间谱函数其中，det[Q(θl)]表征Q(θl)的行列式；以及对所述空间谱函数进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种参数估计方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取利用天线阵列接收到的信号的协方差矩阵；所述信号中包括：L个期望信号和噪声信号；所述天线阵列中包括的天线阵元数为M；M大于L，且L和M均为大于等于1的正整数；其中，所述天线阵列的天线阵元之间存在与各个期望信号到达到所述天线阵列上的入射角度相关的互耦；/n对所述协方差矩阵进行特征分解，得到噪声子空间；/n根据所述期望信号的导向矢量和所述噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到过渡矩阵

【技术特征摘要】
1.一种参数估计方法，其特征在于，所述方法包括：
获取利用天线阵列接收到的信号的协方差矩阵；所述信号中包括：L个期望信号和噪声信号；所述天线阵列中包括的天线阵元数为M；M大于L，且L和M均为大于等于1的正整数；其中，所述天线阵列的天线阵元之间存在与各个期望信号到达到所述天线阵列上的入射角度相关的互耦；
对所述协方差矩阵进行特征分解，得到噪声子空间；
根据所述期望信号的导向矢量和所述噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到过渡矩阵其中，Un表示所述噪声子空间，维度为M×(M-L)；P为小于M的正整数；a(θl)表示第l个期望信号的导向矢量，维度为M×1，θl表示所述第l个期望信号到达到所述天线阵列上的入射角度，l＝1,2,...,L；p＝1,2,...P；v(θl)＝[cT(θl),01×M-P]T；C(θl)表示与所述第l个期望信号对应的互耦系数矩阵，维度为M×M，C(θl)＝toplitze[v(θl)]，c(θl)＝[1,c1(θl),…,cP-1(θl)]T表示所述第l个期望信号对应的互耦系数向量；TH(θl)表示矩阵T(θl)的共轭转置；
基于所述过渡矩阵，得到各个期望信号的入射角度和对应的互耦系数向量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述过渡矩阵，得到各个期望信号的入射角度和对应的互耦系数向量，包括：
基于所述过渡矩阵，得到空间谱函数其中，det[Q(θl)]表征Q(θl)的行列式；
对所述空间谱函数进行谱峰搜索，得到L个谱峰对应的期望信号的入射角度；
针对每个期望信号，基于该期望信号的入射角度对所述过渡矩阵进行特征分解，得到最小特征值所对应的特征向量；
利用所述对应的特征向量中的第一个元素，对所述对应的特征向量进行归一化，得到该期望信号对应的互耦系数向量。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，得到过渡矩阵，包括：
根据所述期望信号的导向矢量和噪声子空间的正交特性，以及所述噪声子空间，得到第一表达式
对所述第一表达式进行处理，得到所述过渡矩阵。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取接收到的信号的协方差矩阵，包括：
在预设时长内接收到K个信号之后，将所述K个信号输入到预设表达式，得到所述协方差矩阵；其中，所述预设表达式为为所述K信号中的第k个信号；其中，所述K信号中的每个信号均包括：所述L个期望信号和所述噪声信号；K为采样快拍数，K大于等于2。


5.一种参数估计装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取利用天线阵列接收到的信号的协方差矩阵；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛启超，郭艺夺，张永顺，冯为可，胡晓伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61