【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁波监测领域，更为具体的，涉及一种宽带信号方位估计方法、设备及介质。
技术介绍
1、针对宽带信号方位估计，研究人员提出许多波束形状不变的波束形成算法。这些算法的出发点主要是从波束域，时间域和频率域三个角度进行深入研究的。1994年t.lee从波束域进行研究，提出了基于波束形成矩阵不变的波束空间宽带信号定位系统见文献efficient wideband source localization using beamforming invariancetechnique，”ieee trans.signal processing，vol.42，pp.1376-1387，june 1994。这个算法利用最小均方匹配方法为从接收阵列接收的宽带信号提取的每个窄带频率点构造波束形成矩阵。在归一化宽带源信号带宽适中的情况下，此算法对于分布角度较广的源信号聚焦求取doa才具有满意的结果。d.b.ward在文献broadband estimation using frequencyinvariant beamforming.ieee tran.on signal processing.vol，46，no.5，may1998.pp.1463-1468中提出了时域处理过程的频率不变波束形成算法此算法通过时域处理过程进行宽带聚焦，采用频率不变波束形成器实现波束空间过程，但是，时域处理过程的频率不变波束形成算法的性能依赖于阵列天线数目、阵列天线空间结构和各个阵元的时域fir滤波器设计。t.d.hong在文献wideband directio
2、总之，这些方法在不同程度上受到阵元数目、预估计、多次求逆矩阵、多次特征值或奇异值分解等的制约。因此，在工程实现上存在一定的难度。另外，在实际工程中，传感器阵列自身的误差在高精度数字测向时所引起的测量误差是不容忽视的。阵元之间的电磁互耦效应等因素引起的阵元位置误差、阵元增益和相位不一致误差和阵元互耦误差等诸多因素都会使阵列流形产生偏差。因此，对于传感器阵列误差分析的校正是不容忽视的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带信号方位估计方法、设备及介质，具有较好的分辨率和噪声不敏感性，对于任意阵列形式具有较低的计算复杂度和系统鲁棒性。
2、本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
3、一种宽带信号方位估计方法，包括以下步骤：
4、先将传感器阵列接收的宽带信号转换到频率域内，分离阵列流形关于信号方向和阵列参数之间的函数关系；
5、在考虑阵列位置、增益、相位误差和阵列互耦的情况下，采用统计的方法，推导出阵列流形与噪声子空间正交的结论，并利用统计正交结果和谱估计算法对宽带信号进行方法估计。
6、进一步地，所述在考虑阵列位置、增益、相位误差和阵列互耦的情况下，采用统计的方法，推导出阵列流形与噪声子空间正交的结论，具体包括如下子步骤：
7、设对任意m个全向阵元的传感器阵列，存在n个近似相同带宽的待测远场的平面信号源si(t)，i＝1，…，n，信号入射方向为(θi，ψi)，i＝1，…，n，其中θi和ψi分别为方位角和仰角；将信号进行傅立叶变换转换到频率域，设观察时间为t，则频率点其中可ωl和ωh分别表示宽带信号的最低和最高频率点；
8、考虑到天线阵元的增益、相位和空间位置，并且将m个阵元所接收某一个宽带信源信号的离散模型写成矩阵形式为：
9、
10、其中，x(ωk)＝[x1(ωk)，…，xm(ωk)，xm(ωk)]t，s(ωk)＝[s1(ωk)，…，sn(ωk)，sn(ωk)]t，
11、n(ωk)＝[n1(ωk)，…，nm(ωk)，nm(ωk)]t表示附加的带限高斯白噪声，
12、表示(θi，ψi)，i＝1，…，n处的宽带信号在频率点ωk的阵列位置、增益和相位的误差；其中，αi(ωk)和ξi(ωk)，i＝1，…，m表示第m个阵元的增益和相位，dm＝[xm，ym，zm]，1≤m≤m，ωn＝[μn，vn，ηn]，1≤n≤n为空间频率向量；
13、将阵列增益、相位和空间位置误差分别表示为和将测量值和准确值之间存在的随机误差，分别表示为和和它们之间存在如下关系：
14、
15、
16、
17、对于接收n个宽带信号的矩阵形式写为：
18、x(ωk)＝a(ωk)s(ωk)+n(ωk)；
19、其中，a(θ，ωk)＝[a(θ1，ωk)，…，a(θn，ωk)]；
20、若存在互耦时，互耦矩阵c(ωk)表示为：
21、c(ωk)＝γ⊙l⊙g(ωk)⊙exp(jψ)⊙exp(jπδ)；
22、其中，⊙为矩阵schur-hadamard积；
23、此时阵列矩阵a被ac所代替，即：
24、ac(ωk)＝c(ωk)a(ωk)
25、设噪声是均值为0，方差为σ2的高斯白噪声；对接收信号进行傅立叶变换转变到频率域内，存在：
26、x(ωk)＝a(ωk)·s(ωk)+n(ωk)
27、其中，a(ωk)＝[a(ωk，θ1)，…，a(ωk，θp)]，对上式两边求协方差矩阵，得
28、rx(ωk)＝a(ωk，θ)·rs(ωk)ah(ωk，θ)+σ2i
29、当存在阵元互耦时，则上式改写为：
30、rx(ωk)＝c(ωk)a(ωk，θ)·rs(ωk)ah(ωk，0)ch(ωk)+σ2i
31、对于任意频率点ωk处的协方差矩阵进行特征值分解，可得：
32、
33、假设c(ωk)a(ωk，θ)·rs(ωk)ah(ωk，θ)ch(ωk)是满秩矩阵，对于由σ2和un是协方差矩阵r的特征值和对应的特征向量，存在特征方程：
34、rxun＝σ2un；
35、上面推导得到：
36、c(ωk)a(ωk，θ)·rs(ωk)ah(ωk，θ)ch(ωk)un＝0；
37、rs(ωk)是非奇异的，上式等价于：
38、
39、依据可知，若阵元之间不存在互耦时，c(ωk)＝i，则存在：
40、<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽带信号方位估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，所述利用统计正交结果和谱估计算法对宽带信号进行方法估计，具体包括子步骤：
4.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，所述传感器阵列包括M＝10的全向传感器圆形阵列，阵元间距其中f0表示信号的中心频率。
5.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，所述宽带信号包括线性调频信号。
6.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，附加在各个阵元的噪声为零均值带通高斯白噪声，在各个阵元的噪声相互独立的。
7.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，阵元增益和相位服从均匀分布。
8.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，阵列的距离误差、增益误差和相位误差的测量误差服从均高斯分布。
9.一种宽带信号方位估计设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，在可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行如权利要求1～8任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种宽带信号方位估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，所述利用统计正交结果和谱估计算法对宽带信号进行方法估计，具体包括子步骤：
4.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，所述传感器阵列包括m＝10的全向传感器圆形阵列，阵元间距其中f0表示信号的中心频率。
5.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，所述宽带信号包括线性调频信号。
6.根据权利要求2所述的宽带信号方位估计方法，其特征在于，附加在各个阵元的噪声...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘枫，饶裕，张英杰，苏中华，梁敏，王明扬，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：
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