一種沖擊噪聲背景下小快拍數(shù)信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種沖擊噪聲環(huán)境下小快拍數(shù)信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)方法。本發(fā)明包括：采集信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；對(duì)接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)矢量進(jìn)行去沖擊預(yù)處理；對(duì)去沖擊后的矩陣的協(xié)方差矩陣；將經(jīng)過重采樣構(gòu)建后的協(xié)方差矩陣分解子空間得到其噪聲子空間；對(duì)B次重采樣的協(xié)方差矩陣分別進(jìn)行求解，得到由B個(gè)入射角度估計(jì)值構(gòu)成的矢量矩陣，利用置信空間對(duì)矩陣進(jìn)行校正后求均值即可得到最終波達(dá)方向角度的估計(jì)值本發(fā)明經(jīng)過對(duì)接收數(shù)據(jù)的預(yù)處理，能對(duì)沖擊噪聲進(jìn)行有效地抑制；采用block-bootstrap方法對(duì)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行重采樣構(gòu)建，在小快拍數(shù)下能對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效地?cái)U(kuò)展；該方法穩(wěn)健性高，適用于沖擊噪聲背景下的小快拍數(shù)DOA估計(jì)，具有良好的測(cè)向效果。
【專利說明】一種沖擊噪聲背景下小快拍數(shù)信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種沖擊噪聲環(huán)境下小快拍數(shù)（snapshot)信號(hào)波達(dá)方向（Direction of Arrival,簡(jiǎn)稱D0A)估計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] D0A估計(jì)是陣列信號(hào)處理中的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，在電子戰(zhàn)、雷達(dá)、聲吶、射電天文 學(xué)、地震學(xué)、衛(wèi)星以及移動(dòng)通信系統(tǒng)等方面有著廣泛的應(yīng)用。
[0003] 傳統(tǒng)的D0A算法針對(duì)的是固定信源，設(shè)定為已知分布為高斯白噪聲條件下的大快 拍數(shù)估計(jì)，然而，在實(shí)際應(yīng)用中噪聲往往不服從高斯分布或具有沖擊性，如海雜波噪聲，大 氣放電噪聲，無線信道瞬時(shí)干擾噪聲等，所以，對(duì)于未知參數(shù)特性的非高斯白噪聲環(huán)境下的 D0A算法是空間譜估計(jì)理論中一個(gè)重要的課題。另外，實(shí)際中由于種種原因，并不一定能夠 采樣到足夠的信號(hào)形成大的快拍數(shù)，因此，在小快拍數(shù)下的D0A估計(jì)問題也是波達(dá)方向估 計(jì)中一個(gè)重要的課題。
[0004] 對(duì)于D0A估計(jì)，一般性方法是譜估計(jì)，S卩利用陣列形式對(duì)空間波達(dá)信號(hào)的角度功 率譜，例如 1979 年，Schmit 等人在 "Multiple emitter location and signal parameter estimation"中提出了著名的MUSIC(多重信號(hào)分類）方法，后來Roy等人在"Esprit-a subspace ration approach to estimation of parameters of cissoids in noise，'中 提出的ESPRIT (旋轉(zhuǎn)不變子空間）方法，都是利用譜進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而得到用戶信號(hào)的波達(dá)角 度。MUSIC算法和ESPRIT算法都屬于子空間類算法，子空間類算法是通過對(duì)接收信息的處 理得到信號(hào)子空間或噪聲子空間，通過構(gòu)造譜函數(shù)進(jìn)而得到空間波達(dá)信號(hào)的角度功率譜。 其中MUSIC算法利用噪聲子空間而ESPRIT利用的是信號(hào)子空間。以MUSIC算法為代表的 算法包括特征矢量法、MUSIC、r 〇〇t-MUSIC法及MNM等，以ESPRIT算法為代表的算法主要有 TAM、LS-ESPRIT 及 TLS-ESPRIT 等。
[0005] 對(duì)于復(fù)雜電磁環(huán)境下的測(cè)向研究，近年來先后出現(xiàn)了利用共變矩陣（R0C)、分?jǐn)?shù)低 階矩（F0LM)等來估計(jì)沖擊噪聲環(huán)境下的測(cè)向算法，以及利用特殊陣列模型（Toeplitz重構(gòu) 等）、參數(shù)化的噪聲模型（將噪聲視為AR、MA等模型）來估計(jì)色噪聲下的測(cè)向算法。以上 算法較為復(fù)雜，運(yùn)算量大，需要已知或者預(yù)先假設(shè)參數(shù)。對(duì)于小快拍數(shù)下的D0A估計(jì)，一般 采用智能優(yōu)化算法（粒子群算法（PS0))、陣列插值、陣列變換、空間重采樣等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來 計(jì)算。其算法的復(fù)雜程度、迭代次數(shù)和分辨力高低都各有缺點(diǎn)。因此為了更好在復(fù)雜電磁 環(huán)境下更有效的D0A估計(jì)，下述問題亟待解決 ：
[0006] 1)復(fù)雜噪聲環(huán)境下的測(cè)向。傳統(tǒng)算法和子空間類算法基本上都是假設(shè)噪聲是白高 斯，或者是已知統(tǒng)計(jì)特性的色噪聲。然而，未知統(tǒng)計(jì)特性的色噪聲環(huán)境在實(shí)際應(yīng)用中卻經(jīng) 常出現(xiàn)。此時(shí)傳統(tǒng)的MUSIC等子空間算法性能急劇下降。
[0007] 2)小快拍數(shù)下的測(cè)向?，F(xiàn)實(shí)生活中電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，尤其是在電子信息戰(zhàn)中。 由于各種干擾的存在，單位時(shí)間內(nèi)獲得的快拍數(shù)有限，已有的大多數(shù)算法在此情況下性能 嚴(yán)重下降，甚至不能測(cè)向。所以小塊拍數(shù)下的測(cè)向研究必須借助于其他參數(shù)估計(jì)等手段來 完成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定性更高的沖擊噪聲背景下小快拍數(shù)信號(hào)波達(dá)方 向估計(jì)方法。
[0009] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0010] (1)采集信號(hào)采樣數(shù)據(jù)：
[0011] X (t) = AS (t) +N (t),
[0012] 其中，x(t) = [11(0，12(0，...，11(0]1為快拍數(shù)為七時(shí)的1^父1維接收數(shù)據(jù)矢量， A為陣列流型矩陣，S(t)為MX1維窄帶信號(hào)矢量，N(t)為L(zhǎng)X1維加性噪聲矢量，噪聲類 型為復(fù)沖擊噪聲

【權(quán)利要求】
1. 一種沖擊噪聲背景下小快拍數(shù)信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于： (1) 采集信號(hào)采樣數(shù)據(jù)： X (t) = AS (t) +N (t), 其中，X(t) = [Xl(t)，x2(t)，· · ·，XJt)]T為快拍數(shù)為t時(shí)的LX1維接收數(shù)據(jù)矢量，A 為陣列流型矩陣，S(t)為MX1維窄帶信號(hào)矢量，N(t)為L(zhǎng)X1維加性噪聲矢量，噪聲類型 為復(fù)沖擊噪聲，
^為導(dǎo)向矢量，^為第i個(gè)信 源的入射角度，Vi = exp(-j π sin( Θ J)，i = 1，2, · · ·，M ; (2) 對(duì)接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)矢量進(jìn)行去沖擊預(yù)處理： 判斷接收陣列數(shù)據(jù)矢量矩陣絕對(duì)值最大值Ximax與門限值之間的大小，其中門限倌為
為接收陣列數(shù)據(jù)矢量矩陣絕對(duì)值的均值，如果Ximax大于等于門限值，則用
替換矩陣中最大值，如小于門限值則執(zhí)行下一步驟；重復(fù)上述比較過程，直至矩陣中的值均 小于門限值；
其中，
為沖擊噪聲特征系數(shù)，a e (〇,2]，GSNR 是廣義信噪比； (3) 對(duì)去沖擊后的矩陣的協(xié)方差矩陣Rx: Rx = E [XXH]， 以協(xié)方差矩陣中每一列為單位進(jìn)行可放回的隨機(jī)均勻重采樣Β次后重構(gòu)協(xié)方差矩陣 Rx% Β = 200 ?1000, Β 1/Ν，Ν 為快拍數(shù)； (4) 將經(jīng)過重采樣構(gòu)建后的協(xié)方差矩陣R/分解子空間得到其噪聲子空間UN，
式中eiH是數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣R/中小特征值對(duì)應(yīng)的L-M個(gè)特征矢量即代表著噪聲子空 間，其中 P (z) = [1 z... zL-1] τ 求解多項(xiàng)式的根：
得到入射角度：
(5) 對(duì)Β次重采樣的協(xié)方差矩陣分別進(jìn)行求解，得到由Β個(gè)入射角度估計(jì)值》構(gòu)成的矢 量矩陣，利用置信空間對(duì)矩陣進(jìn)行校正后求均值即可得到最終波達(dá)方向角度的估計(jì)值
【文檔編號(hào)】G01S3/00GK104155629SQ201410384625
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】劉磊, 刁鳴, 高洪元 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)