【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋目标探测，是一种基于加权子空间投影的简化空间平滑doa估计方法，具体的说，是一种对水听器阵列接收数据的信号子空间进行平滑处理，然后构造修正的秩恢复协方差矩阵，并对其进行特征分解，利用分解结果构造加权投影矩阵进行doa估计的一种方法。
技术介绍
1、海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手，更是航海事业不可缺少的组成部分。现如今为实现对海洋的观测，越来越多的海洋设备和仪器被用于水下信息采集和传输。相对于光和电磁波，声波在水下具有得天独厚的优势，是目前唯一能够在海洋中远距离传播的媒介。在实际应用环境中，由于海水介质不均匀、海水温度随深度变化明显，限制了声波信号有效、稳定的传播，给信号的接收、检测、估计和处理带来了很多困难。在此背景下，研究高性能的目标检测算法、目标参数估计方法，探究其在工程实践中的可行性和可靠性具有重要的意义。
2、doa估计是阵列信号处理研究领域中的一个重要问题，在水下目标探测、移动通信、雷达、声纳和地震勘探等领域内获得了广泛应用和迅速发展。由于传播环境的复杂性，入射到阵列的信号普遍为相干信号，这导致阵列接收数据协方差矩阵的秩亏损，因此，传统基于子空间的方法无法解决相干信号的doa估计问题。
3、针对上述问题，研究者们提出了大量的相干信号doa估计算法，其中最经典的为空间平滑算法，但是传统的空间平滑算法仅利用了单个子阵的自相关协方差矩阵进行解相干，没有充分利用阵列接收数据的有效信息。pan jingjing
4、本专利提出了一种基于加权子空间投影的简化空间平滑doa估计方法，在充分利用阵列接收数据有效信息的前提下，消除了信号协方差矩阵子矩阵中的冗余信息，通过对子空间进行加权增强了解相干能力和分辨力，能够在低信噪比、少快拍数和角度间隔较小的情况下对相干信号进行准确doa估计，在实际工程中具有重要的应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对增强空间平滑算法信号协方差矩阵子矩阵中存在冗余信息，对入射角度间隔较小的相干信号无法准确估计的问题，提出了一种基于加权子空间投影的简化空间平滑doa估计方法。其特征在于：该专利方法可直接对信号矩阵进行平滑处理，充分利用信号矩阵所有子阵互相关信息构造新协方差矩阵，然后对新协方差矩阵去除冗余，得到修正后的秩恢复协方差矩阵，并对其进行特征分解，得到信号子空间和噪声子空间。然后利用导向矢量求取大致信源范围内的域积分，分别构造信号子空间和噪声子空间的加权投影矩阵，通过谱峰搜索进行doa估计。与现有方法相比，本专利方法解相干能力更强，尤其在低信噪比、少快拍数以及相干信号相距较近时能进行更加有效地估计，在实际应用中具有重要的工程价值。
2、本专利技术的稳健、高精度doa估计信号处理过程包括如下的步骤：
3、步骤一、将m个阵元构成的均匀水听器阵列接收数据表示为x(t)＝a(θ)s(t)+n(t)，其中x(t)＝[x1(t),x2(t),…,xm(t)]t为阵列接收数据矩阵，a(θ)＝[a(θ1),a(θ2),…,a(θk)]为阵列流型矩阵，表示阵列导向矢量，s(t)＝[s1(t),s2(t),…,sk(t)]t为阵列接收到的信号矢量，θk(k＝1,2,…,k)表示第k个入射信号的方位角，k表示入射信号的个数，n(t)＝[n1(t),n2(t),…,nm(t)]t为阵列接收的高斯白噪声数据矩阵，t＝1,2,…,n，表示阵列接收数据的采样索引，式中上标“t”表示矩阵转置；
4、步骤二、根据均匀线阵接收数据矩阵x(t)计算阵列接收数据的协方差矩阵式中上标“h”表示矩阵的共轭转置；
5、步骤三、对步骤二中的协方差矩阵r执行特征分解，对特征值进行降序排列为λ1,λ2,…,λm，取λ1对应的信号特征向量u1，根据公式构造m×m阶新信号协方差矩阵vs；
6、步骤四、将步骤三中的信号特征向量u1划分为l个子阵，每个子阵为p×1阶，其中p＝m+1-l；
7、步骤五、对信号特征向量u1进行前向平滑处理，根据公式计算第i个子阵和第j个子阵前向平滑互相关矩阵vij，其中zi，zj分别表示信号特征向量u1的第i个子阵和第j个子阵，i,j＝1,2,…,l；
8、步骤六、设置p×p阶副对角线元素为1，其余元素均为0的交换矩阵
9、步骤七、根据公式计算第i个子阵和第j个子阵后向平滑互相关矩阵其中，上标“*”表示矩阵的复共轭；
10、步骤八、根据步骤五和步骤七中所有前向平滑和后向平滑互相关矩阵构造协方差矩阵rsss，计算公式为
11、步骤九、对步骤八中的协方差矩阵rsss去除冗余，得到秩恢复协方差矩阵
12、步骤十、根据公式对步骤九中的秩恢复协方差矩阵进行特征值分解，其中，表示信号子空间，表示大特征值组成的对角矩阵，表示噪声子空间，表示小特征值组成的对角矩阵；
13、步骤十一、根据公式对求取域积分，其中为1×p维阵列导向矢量；
14、步骤十二、将步骤十一中的积分值作为权值，根据公式和分别对信号子空间和噪声子空间进行加权；
15、步骤十三、根据步骤十二分别构造信号子空间及噪声子空间的投影矩阵和
16、步骤十四、构造谱函数其中，进行谱峰搜索得到相干信号doa估计值。
17、本专利技术的技术方案与现有技术相比，具有以下的有益效果：
18、(1)本专利技术中的方法可以直接对信号矩阵进行空间平滑解相干，不需要对整个阵列接收数据协方差矩阵进行处理；
19、(2)本专利技术中的方法充分利用了阵列接收信号的有效信息，根据信号矩阵所有子阵间互相关信息构造新的协方差矩阵，并去除了冗余信息，减小了计算负担，提升了估计性能；
20、(3)本专利技术通过构造子空间加权投影矩阵，进一步提高了方法(尤其是入射信号角度间隔较小情况下)的估计精度和分辨能力。
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1.一种基于加权子空间投影的简化空间平滑DOA估计方法，其特征在于：DOA估计方法包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于加权子空间投影的简化空间平滑doa估...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯玉君，王绪虎，金序，王辛杰，冯秋霞，宋传旺，陈建军，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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