本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于噪聲能量設(shè)定判決門限的蓋氏圓信號(hào)源數(shù)估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

信號(hào)源個(gè)數(shù)估計(jì)在空間譜估計(jì)技術(shù)中是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)楝F(xiàn)在大部分高分辨率的子空間分解類算法，如多信號(hào)分類(multiplesignalclassification，music)和旋轉(zhuǎn)不變子空間(estimatingsignalparametersviarotationalinvariancetechniques，esprit)算法都需要預(yù)先知道信號(hào)源的個(gè)數(shù)，并且這一類算法的估計(jì)性能都取決于信號(hào)和噪聲子空間，而這兩個(gè)空間的劃分取決于信號(hào)源個(gè)數(shù)。當(dāng)信號(hào)源數(shù)的估計(jì)與實(shí)際值有偏差時(shí)，這一類算法的空間譜曲線峰值個(gè)數(shù)與實(shí)際不符，產(chǎn)生虛警，同時(shí)還會(huì)對(duì)真實(shí)目標(biāo)的方位信息估計(jì)產(chǎn)生影響。因此正確估計(jì)信號(hào)源數(shù)在空間譜技術(shù)中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

目前有很多算法可以估計(jì)信號(hào)源的個(gè)數(shù)，但這些算法各有優(yōu)缺點(diǎn)。比如，在低信噪比(signaltonoiseratio，snr)的情況下平滑秩序列法估計(jì)性能較差，但在高信噪比時(shí)估計(jì)性能相當(dāng)穩(wěn)定；正則相關(guān)技術(shù)和蓋氏圓半徑法可以在色噪聲進(jìn)行信號(hào)源數(shù)估計(jì)，而包括平滑秩序列估計(jì)法和信息論方法不能應(yīng)用于色噪聲的環(huán)境中進(jìn)行信號(hào)源估計(jì)。相對(duì)于信息論方法和平滑秩系列估計(jì)法，蓋氏圓盤法不需要得到矩陣或者修正矩陣的特征值來(lái)進(jìn)行信號(hào)元數(shù)估計(jì)，可以直接進(jìn)行酉變換得到信號(hào)與噪聲對(duì)應(yīng)的圓盤半徑，然后根據(jù)圓盤半徑設(shè)定門限進(jìn)行比較估計(jì)信號(hào)源數(shù)。然而經(jīng)典的蓋氏圓盤法里，門限是根據(jù)所有信號(hào)圓盤半徑與噪聲圓盤半徑的平均值乘以調(diào)整因子得到。因?yàn)樾盘?hào)圓盤半徑遠(yuǎn)大于噪聲圓盤半徑，門限的大小實(shí)際是取決于信號(hào)圓盤的值，并且當(dāng)信號(hào)圓盤半徑大小之間也存在較大差距的情況下，門限此時(shí)主要取決于最大的那幾個(gè)信號(hào)圓盤半徑，這樣一來(lái)就會(huì)導(dǎo)致門限大于其中較小的信號(hào)圓盤半徑，從而導(dǎo)致較大的估計(jì)誤差。而這樣的問(wèn)題在信號(hào)源之間信噪比差距較大和信號(hào)源之間的入射角比較接近時(shí)表現(xiàn)更嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致估計(jì)錯(cuò)誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種基于噪聲能量設(shè)定判決門限t的改進(jìn)蓋氏圓信號(hào)源數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行信號(hào)源數(shù)估計(jì)，該方法相對(duì)于經(jīng)典的蓋氏圓半徑法具有更高的信號(hào)源能量大小差距容忍性，和更高的角度分辨率。

一種基于噪聲能量設(shè)定判決門限的蓋氏圓信號(hào)源數(shù)估計(jì)方法，包括如下步驟：

s1、計(jì)算矩陣的特征矩陣所述特征矩陣滿足且其中，e為單位矩陣，σ為矩陣的特征值矩陣，為數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣r∈c^m×m的分塊矩陣，m為陣元的個(gè)數(shù)；

s2、進(jìn)行酉變換求變換矩陣rp∈c^m×m，

其中，為矩陣的特征值，ρi的模值為蓋氏圓盤半徑，i＝1,2,3,...,m-1，r為圓盤半徑；

s3、計(jì)算判決門限其中，i為噪聲圓盤判決累加的個(gè)數(shù)，rm-1＝|ρm-1|為噪聲圓盤半徑；

s4、判決準(zhǔn)則ngde(k)＝rk-t＞0成立的次數(shù)就是信號(hào)源的個(gè)數(shù)，其中，k＝1～m-2，t為門限，是經(jīng)驗(yàn)值。

進(jìn)一步地，s3所述i＝m/2。

本發(fā)明的有益效果是：

根據(jù)噪聲圓盤半徑確定判決門限，解決了經(jīng)典蓋氏圓方法在信號(hào)源之間信噪比差距δsnr比較大和信號(hào)源之間的入射角δθ比較接近時(shí)，圓盤半徑大小相差巨大，而門限t主要取決較大的圓盤半徑，因而門限t大于較小的圓盤半徑，最終導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行有效的估計(jì)信號(hào)源數(shù)的問(wèn)題。本發(fā)明相對(duì)于經(jīng)典的蓋氏圓半徑法具有更高的信號(hào)源能量大小差距容忍性，和更高的角度分辨率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法流程圖。

圖2為遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)均勻線陣接收模型。

圖3為估計(jì)成功概率與信噪比差值δsnr的關(guān)系。

圖4為估計(jì)成功概率與信號(hào)入射角差值δθ的關(guān)系。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例1、

本發(fā)明的估計(jì)性能與接收信號(hào)信噪比差值δsnr的關(guān)系，同時(shí)與經(jīng)典蓋氏圓盤法進(jìn)行比較。

實(shí)施例1的方法如圖1所示，接收陣列如圖2所示的有8個(gè)陣元組成的均勻線陣。

考慮n＝2個(gè)載波為的bpsk調(diào)制的遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)，s1(n)、s2(n)分別以θ1＝6°、θ2＝30°入射到m＝16陣元的均勻線陣上，且有陣元間距d＝0.5λ。陣列接收噪聲是零均值，功率σ²＝1的高斯白噪聲。并且快拍數(shù)l＝512，信號(hào)s1(n)的信噪比snr1＝20db，信號(hào)s1(n)的信噪比snr2＝snr1-δsnr。設(shè)δsnr從0db到40db步進(jìn)為1db取值，每次取值都進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)100次并計(jì)算成功概率其中q為估計(jì)成功的次數(shù)，q＝100為獨(dú)立實(shí)驗(yàn)總數(shù)

實(shí)施例1中的信號(hào)源數(shù)估計(jì)性能用成功概率pd衡量，pd越大估計(jì)性能越好。

信號(hào)源數(shù)估計(jì)方法包括以下步驟：

令δsnr＝0～40db取值，步進(jìn)為1db，每次取值都獨(dú)立重復(fù)下面步驟100次，并記錄在當(dāng)前δsnr的取值內(nèi)，估計(jì)成功概率pd的值。

仿真信號(hào)建模：

a1.產(chǎn)生m個(gè)陣列的接收數(shù)據(jù)x(n)∈c^m×1。

x(n)＝as(n)+n(n),n＝1～l

其中，n(n)∈c^m×1為均值為0，方差為σ²＝1的復(fù)高斯白噪聲矢量；s(n)＝[s1(n)s2(n)]^t∈c^n×1為遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)矢量，s1(n)和s1(n)的幅度分別由snr1和snr2決定；a∈c^m×n為均勻線陣的空間陣列流型矩陣。

a2.計(jì)算數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣

b.利用本發(fā)明進(jìn)行信號(hào)源數(shù)估計(jì)。

b1.計(jì)算矩陣的特征矩陣

特征矩陣滿足且e為單位矩陣，σ為矩陣的特征值矩陣。其中，為數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣r∈c^m×m的分塊矩陣，滿足m為陣元的個(gè)數(shù)。

b2.進(jìn)行酉變換求變換矩陣rp∈c^m×m。

其中，為矩陣的特征值，ρi的模值為蓋氏圓盤半徑。

b3.計(jì)算判決門限

其中，i為噪聲圓盤判決累加的個(gè)數(shù)，取接近m/2的整數(shù)時(shí)有比較好的估計(jì)效果，ri＝|ρi|為噪聲圓盤半徑。

b4.根據(jù)下列準(zhǔn)則確定信號(hào)源數(shù)

ngde(k)＝rk-t＞0，k＝1～m-2，

那么，判決準(zhǔn)則成立(ngde(k)＞0)的次數(shù)就是信號(hào)源的估計(jì)個(gè)數(shù)。當(dāng)時(shí)估計(jì)成功，否則估計(jì)失敗。

最終的仿真結(jié)果如圖3所示，從圖上可以看出來(lái)本發(fā)明在δsnr＝19～28db時(shí)比經(jīng)典蓋氏圓盤法的有更好的估計(jì)性能，并且估計(jì)正確率達(dá)到了100％。在δsnr＜19db時(shí)，本發(fā)明和經(jīng)典方法一樣的估計(jì)正確率達(dá)都到了100％。可以看出來(lái)本發(fā)明相對(duì)于經(jīng)典的蓋氏圓盤法具有更高的信號(hào)源能量大小差距容忍性。

實(shí)施例2

本發(fā)明的估計(jì)性能與接收信號(hào)入射角差值δθ的關(guān)系，同時(shí)與經(jīng)典蓋氏圓盤法進(jìn)行比較。

實(shí)施例2的方法如附圖1所示，當(dāng)snr1＝snr2＝15db，θ1＝0°、θ2＝θ1-δθ，δθ＝0～3°步進(jìn)為0.05°取值時(shí)，其余仿真條件與實(shí)施例1的相同。改變仿真條件后執(zhí)行實(shí)施例1的步驟，并分別記錄每個(gè)δsnr下的估計(jì)成功概率pd，即可得到仿真結(jié)果，如附圖4所示。

從仿真結(jié)果可以看出來(lái)，經(jīng)典的方法(classicalmethod)在δθ＜2.1°時(shí)估計(jì)性能非常的差，而本發(fā)明(ourmethod)在δθ＝0.6°時(shí)都有著100％估計(jì)正確率?？梢缘贸觯景l(fā)明相對(duì)于經(jīng)典的蓋氏圓盤法可以達(dá)到更高的角度分辨率。