一种基于门限检测的宽带信号波达方向估计方法

摘要

本发明提供的是一种基于门限检测的宽带信号波达方向估计方法。通过能量门限检测，舍弃了能量小于门限的子带，对大于门限的子带作窄带的空间谱处理，然后采用谱加权的方法求出波达方向角。对于非相干信号，可以得到精确的估计结果。对于相干信号，则可以将本方法的估计结果作为相干信号处理方法(CSM，Coherent Signal-Subspace Method)的预估角，然后利用聚焦变换的方法求出准确的DOA信息。与传统方法相比，该方法原理简单、估计准确、运算量相对较小，在实际应用中能够大大降低硬件成本。

主权项

1.一种基于门限检测的宽带信号波达方向估计方法，其特征在于：1)首先，将宽带数据在频域上分解成不相重叠的窄带分量，将阵列接收数据在整个观测时间分成K个长为T_d的子间隔，对每个子间隔进行J点的离散傅里叶变换，就得到了带宽内J个不相重叠的子带，即X_k(f_j)＝A(f_j，θ)S_k(f_j)+N_k(f_j)j＝1，·J；k＝1，·K式中，X_k(f_j)，S_k(f_j)，N_k(f_j)分别是对某一子带上的接收数据、信号及噪声的DFT变换；2)其次，进行能量门限检测，对各子带的能量进行排序，选出能量值处于中间位置的子带，将该子带的能量值作为检测门限，记为W_T，若某一子带的能量W_j小于W_T，即W_j＜W_T，则在接下来的计算中舍去该子带，保留能量大于检测门限的子带；3)而后，利用MUSIC算法求出大于门限的子带的空间谱；，具体步骤如下：(1)根据阵列接收数据的K次快拍构成数据矩阵X＝[x(0)，x(1)，·，x(K-1)]，估计出协方差矩阵(2)对R进行特征分解有R＝U∑U^H，U为特征矢量矩阵，∑为特征值组成的对角阵，λ₁，λ₂，·，λ_M为特征值，当空间噪声为高斯白噪声时，特征值满足如下关系：(3)将特征值对应的特征矢量分为两个部分：一个是大特征值对应的信号子空间U_s＝[e₁ e₂·e_N]；另一个是小特征值对应的噪声子空间U_N＝[e_N+1 e_N+2·e_M]，利用MUSIC算法得出大于门限的子带的空间谱函数为4)对空间谱作加权处理，λ_j表示加权系数，W_j为第j个子带上的能量，P_j表示第j个子带上的空间谱估计结果；上式表示的是信号能量越大的子带的空间谱估计值具有越高的可信度；相反，信号能量越小的子带的空间谱估计值具有越低的可信度；5)利用谱峰搜索寻找DOA，当θ在-90°到90°范围内取不同的值时，得到不同的空间谱值，当搜索角度为实际入射角度时，分母a^H(f_j，θ)U_NU_N^Ha(f_j，θ)是一个接近于零的数，这样就在入射方向上构造出针状的空间谱峰，极大值点对应的角度就是信号的入射方向；非相干信号通过以上步骤得到稳健的DOA估计，若入射信号为相干信号，则按下面的方法继续处理；6)将求得的DOA作为预估角度代入到RSS算法进行相干信号的波达方向估计，构造聚焦矩阵T(f_j，θ)，使得T(f_j，θ)A(f_j，θ)＝A(f₀，θ)，T(f_j，θ)为聚焦矩阵，A(f_j，θ)是任意频率处的导向矢量，A(f₀，θ)是聚焦频率处的导向矢量，θ为预估角度，即通过以上步骤得到的估计角度，然后按照RSS算法流程求解。