[发明专利]一种在空间非平稳噪声环境下信号的DOA估计方法

摘要

本发明涉及一种在空间非平稳噪声环境下信号的DOA估计方法，属于阵列信号处理技术领域。该方法在非平稳噪声环境的前提下，提取接收信号协方差矩阵非主对角线上的数据信息来估计目标源方位，包括以下步骤：步骤一：根据空间非平稳噪声环境下噪声之间不相干，即阵列接收的噪声协方差具有对角结构的特点构建协方差方程；步骤二：提取非主对角线元素的数据信息，避开噪声的影响；步骤三：对相干信号进行去相关处理，并利用多项式求根公式估计出所有信源的方向。本发明提出的提取协方差矩阵非主对角线上数据信息的方法在空间非平稳噪声的环境下提高了计算速度和估计精度，在阵列信号处理中具有较好的应用前景。

主权项

1.一种在空间非平稳噪声环境下信号的DOA估计方法，其特征在于：在该方法中，在非平稳噪声环境的前提下，提取接收信号协方差矩阵非主对角线上的数据信息来估计目标源方位，包括以下步骤：步骤一：根据空间非平稳噪声环境下噪声之间不相干，即阵列接收的噪声协方差具有对角结构的特点构建协方差方程；步骤二：提取非主对角线元素的数据信息，避开噪声的影响；步骤三：对相干信号进行去相关处理，并利用多项式求根公式估计出所有信源的方向；所述步骤具体包括：接收入射到均匀线性阵列的待估计信号，得到输出信号模型为：X(t)＝A(θ)S(t)+N(t)，其中X(t)为接收机接收到的信号，S(t)为接收信号的复包络矢量，A(θ)为接收信号的方向矩阵，N(t)为噪声矢量；空间非平稳噪声是指，噪声只对阵列数据相关矩阵主对角线上的项有贡献，在这种情况下，认为噪声空间协方差矩阵为一对角矩阵，但阵元噪声功率具有不等的特性；由接收到的信号和噪声协方差矩阵的特点得到接收信号的协方差矩阵其中ai为接收信号的方向矩阵A的第i行，其中RS为信号相关矩阵,为噪声功率，d为阵元间距，λ为入射波长；由于噪声只对协方差矩阵主对角线上的项有影响，提取协方差矩阵非主对角线上的项整理合并得 a 1 a 2 a 3 . . . a L + 1 R S a L + 2 H ... R S a M H ΦR S a 1 H ... ΦR S a M H ... Φ M - L - 1 R S a 1 H ... Φ M - L - 1 R S a M - L - 1 H = C ]]>其中Φ＝diag(a2)；若信号为相干的，则对矩阵： R S a L + 2 H ... R S a M H ΦR S a 1 H ... ΦR S a M H ... Φ M - L - 1 R S a 1 H ... Φ M - L - 1 R S a M - L - 1 H ]]>做去相干处理，得到一个秩为M-L的非奇异矩阵；M个阵元组成的阵列接收L个信源；进而得到一个多项式公式，其中RS为信号相关矩阵，{}H表示共轭转置，ai为方向矩阵的第i行，Φ＝diag(a2)，阵列接收的噪声协方差矩阵RN具有对角结构，且协方差矩阵Ψ(z)为非奇异矩阵，阵元间距为d，入射波长为λ，信源方向分别为θ1,…,θn，其解由得到；在步骤二中进行信息提取的步骤具体为：提取出协方差矩阵非主对角线元素的信息整理合并得如下式子 a 1 a 2 a 3 . . . a L + 1 R S a L + 2 H ... R S a M H ΦR S a 1 H ... ΦR S a M H ... Φ M - L - 1 R S a 1 H ... Φ M - L - 1 R S a M - L - 1 H = C ]]>a)信号为非相干情况下，利用多项式求根算法进行信号估计，且b)信号为相干情况下，因为信号之间是相干的，所以矩阵的秩为M-L，上式简化为 a 1 a 2 a 3 . . . a L + 1 R S a L + 2 H ΦR S a 1 H Φ 2 R S a 1 H ... Φ M - L - 1 R S a 1 H = C ]]>对简化后的矩阵利用多项式求根算法进行信号估计，且其中ai为接收信号的方向矩阵A的第i行，其中RS为信号相关矩阵,为噪声功率，d为阵元间距，Φ＝diag(a2)，λ为入射波长。