基于稀疏表示的波達(dá)方向角估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于稀疏表示的波達(dá)方向角估計(jì)方法，主要解決現(xiàn)有同類技術(shù)運(yùn)算量大和角度分辨率低，造成目標(biāo)偵察和無源定位估計(jì)速度慢誤差大的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是：1)獲取陣列輸出信號，并計(jì)算信號協(xié)方差矩陣R；2)利用協(xié)方差矩陣R下三角的元素構(gòu)建稀疏重構(gòu)向量；3)將空域進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理，構(gòu)造超完備基；4)根據(jù)稀疏重構(gòu)向量和超完備基的稀疏表示關(guān)系，將波達(dá)方向角估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為求解約束優(yōu)化方程的問題；5)采用凸優(yōu)化方法求解約束優(yōu)化方程得到最優(yōu)估計(jì)向量；6)利用最優(yōu)估計(jì)向量與空域角度的一一對應(yīng)關(guān)系繪制幅度譜圖，得到波達(dá)方向角度值。本發(fā)明降低了目標(biāo)偵察和無源定位的運(yùn)算速度和估計(jì)誤差，可用于目標(biāo)偵察和無源定位。
【專利說明】基于稀疏表示的波達(dá)方向角估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種波達(dá)方向角估計(jì)方法，可用于目標(biāo)偵察與無源定位。
【背景技術(shù)】
[0002]波達(dá)方向角DOA估計(jì)是利用處于空間不同位置的天線陣列接收多個不同方向的信號源發(fā)出的信號，運(yùn)用現(xiàn)代信號處理方法快速準(zhǔn)確的獲得信號源的方向，在雷達(dá)、聲納、無線通信等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。針對該問題構(gòu)建的模型中，出現(xiàn)較早且應(yīng)用較為廣泛的是基于子空間的模型，之前的大部分DOA估計(jì)方法都是利用該模型生成的。近年來，由Donoho等提出的壓縮感知理論為DOA估計(jì)問題提供了一種新思路，從而產(chǎn)生出一類基于稀疏表示模型的DOA估計(jì)方法。
[0003]目前，基于稀疏信號表示的DOA估計(jì)方法中最經(jīng)典的是L1_SVD方法。L1_SVD方法利用陣列接收數(shù)據(jù)奇異值分解(SVD)得到的信號子空間構(gòu)造稀疏表示模型，然后通過二階錐規(guī)劃對LI范數(shù)約束模型進(jìn)行求解。但這種方法運(yùn)算量較大，且在低信噪比情況下，角度分辨率不理想。在實(shí)際應(yīng)用中，由于目標(biāo)偵察與無源定位均需要在角度估計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，使用以上方法將造成目標(biāo)偵察和無源定位反應(yīng)速度慢和估計(jì)誤差較大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于稀疏表示的波達(dá)方向角估計(jì)方法，以在降低運(yùn)算量的情況下，提高目標(biāo)偵察和無源定位的發(fā)現(xiàn)概率和角度分辨率，避免因角度估計(jì)誤差引起目標(biāo)偵察失誤。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟包括如下:
[0006]一種基于稀疏表示的波達(dá)方向角度估計(jì)方法，包括以下步驟:
[0007]I)采用M個天線接收機(jī)形成均勻線性陣列，并假設(shè)有K個信號入射到該均勻線性陣列，各天線接收機(jī)間距均為d，M≥2，K≥1，0 < d≥λ /2，λ為入射窄帶信號波長；
[0008]2)根據(jù)陣列天線的輸出信號X(t)，計(jì)算信號協(xié)方差矩陣R:
[0009]R = E{X(t)XH(t)}，
[0010]其中，E(.)表示求數(shù)學(xué)期望，(.)H表示共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算；
[0011]3)利用協(xié)方差矩陣構(gòu)造稀疏重構(gòu)向量z
[0012]根據(jù)協(xié)方差矩陣R中對角線方向上同一條斜線上的各元素的值近似相等，且協(xié)方差矩陣R是共軛對角矩陣的特點(diǎn)，對協(xié)方差矩陣下半角的元素按對角線求平均，得到一個M-1維稀疏重構(gòu)向量f，f = [f(l)，f(2),...，￡(/?)，…其中，(.)τ表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，
^Jn)表示稀疏重構(gòu)向量中的元素，其表達(dá)式為:1 Μ
【權(quán)利要求】
1.一種基于稀疏表示的波達(dá)方向角估計(jì)方法，包括以下步驟: 1)采用M個天線接收機(jī)形成均勻線性陣列，并假設(shè)有K個信號入射到該均勻線性陣列，各天線接收機(jī)間距均為d，M≥2，K≥1，0 < d≤λ /2，λ為入射窄帶信號波長； 2)根據(jù)陣列天線的輸出信號X(t)，計(jì)算信號協(xié)方差矩陣R:
R = E{X(t)XH(t)}， 其中，Ε(.)表示求數(shù)學(xué)期望，(.)Η表示共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算； 3)利用協(xié)方差矩陣構(gòu)造稀疏重構(gòu)向量?: 根據(jù)協(xié)方差矩陣R中對角線方向上同一條斜線上的各元素的值近似相等，且協(xié)方差矩陣R是共軛對角矩陣的特點(diǎn)，對協(xié)方差矩陣下半角的元素按對角線求平均，得到一個M-1維稀疏重構(gòu)向
【文檔編號】G01S3/00GK104020438SQ201410280820
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】蔡晶晶, 李鵬, 鮑丹, 武斌, 秦國棟, 劉高高, 馮小平, 張銀平 申請人:西安電子科技大學(xué)