一种冲击噪声背景下小快拍数信号波达方向估计方法

摘要

本发明涉及一种冲击噪声环境下小快拍数信号波达方向估计方法。本发明包括：采集信号采样数据；对接收到的信号数据矢量进行去冲击预处理；对去冲击后的矩阵的协方差矩阵；将经过重采样构建后的协方差矩阵分解子空间得到其噪声子空间；对B次重采样的协方差矩阵分别进行求解，得到由B个入射角度估计值构成的矢量矩阵，利用置信空间对矩阵进行校正后求均值即可得到最终波达方向角度的估计值本发明经过对接收数据的预处理，能对冲击噪声进行有效地抑制；采用block‑bootstrap方法对数据矩阵进行重采样构建，在小快拍数下能对信号进行有效地扩展；该方法稳健性高，适用于冲击噪声背景下的小快拍数DOA估计，具有良好的测向效果。

主权项

一种冲击噪声背景下小快拍数信号波达方向估计方法，其特征在于：(1)采集信号采样数据：X(t)＝AS(t)+N(t)，其中，X(t)＝[x₁(t),x₂(t),...,x_L(t)]^T为快拍数为t时的L×1维接收数据矢量，A为阵列流型矩阵，S(t)为Μ×1维窄带信号矢量，N(t)为L×1维加性噪声矢量，噪声类型为复冲击噪声，A＝[a(θ₁)，a(θ₂)，...，a(θ_M)]，为导向矢量，θ_i为第i个信源的入射角度，v_i＝exp(‑jπsin(θ_i)),i＝1,2,...,M；(2)对接收到的信号数据矢量进行去冲击预处理：判断接收阵列数据矢量矩阵绝对值最大值X_imax与门限值之间的大小，其中门限值为为接收阵列数据矢量矩阵绝对值的均值，如果X_imax大于等于门限值，则用替换矩阵中最大值，如小于门限值则执行下一步骤；重复上述比较过程，直至矩阵中的绝对值均小于门限值；$\left\{\begin{array}{cc}{X}_{i\max }\ge a{\bar{X}}_i,& X_{i\max }=b{\bar{X}}_i\\ X_{i\max }<a{\bar{X}}_i,& X_{i\max }=X_{i\max }\end{array}\right.,$其中，b＝0.6(2+α)，α为冲击噪声特征系数，α∈(0,2]，GSNR是广义信噪比；(3)对去冲击后的矩阵的协方差矩阵R_X：R_X＝E[XX^H]，以协方差矩阵中每一列为单位进行可放回的随机均匀重采样B次后重构协方差矩阵R_X^*，B＝200～1000，B∝1/N，N为快拍数；(4)将经过重采样构建后的协方差矩阵R_X^*分解子空间得到其噪声子空间U_N，$f\left(z\right)=e_i^{H}p\left(z\right),i=M+1,...,L$式中e_i^H是数据协方差矩阵R_X^*中小特征值对应的L‑M个特征矢量即代表着噪声子空间，其中p(z)＝[1 z…z^L‑1]^Τ求解多项式的根：z_i＝exp(jw_i) 1≤i≤M得到入射角度：${\theta }_i=arcsin\left(\frac{\lambda }{2\pi d}\arg \right\{{\hat{z}}_i\left\}\right),i=1,...,M;$(5)对B次重采样的协方差矩阵分别进行求解，得到由B个入射角度估计值构成的矢量矩阵，利用置信空间对矩阵进行校正后求均值即可得到最终波达方向角度的估计值