基于盲源分離的同頻多信號測向方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本技術(shù)涉及通信對抗領(lǐng)域中一種同頻多信號測向方法，該技術(shù)基于對天線陣列接 收同頻多目標信號進行盲源分離、干涉儀測向、空間譜測向等處理，通過性能穩(wěn)健的盲源分 離算法，逐個分離出每個源信號，再分別對每個源信號進行測向，提高了信干比，能夠?qū)崿F(xiàn) 對同頻多目標信號在低信噪比、復(fù)雜電磁環(huán)境下的高分辨、高精度測向，特別適用于超短波 偵測裝備。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型通信體制廣泛應(yīng)用，戰(zhàn)場電磁環(huán)境日趨復(fù)雜， 同頻多目標信號大量存在，而目前超分辨測向技術(shù)在實際電磁環(huán)境中特別是在低信噪比下 不能有效地進行高分辨測向，無法達到實戰(zhàn)需求。傳統(tǒng)的干涉儀測向技術(shù)只能夠?qū)崿F(xiàn)對非 同頻信號的測向，當多個信號頻譜重疊時，不能夠準確獲得每個信號的瞬時相位，無法利用 干涉儀測向。目前的盲源分離技術(shù)都需要進行預(yù)白化處理，且假定目標矩陣組為實值的正 定性矩陣，由于目標矩陣組通常都是通過統(tǒng)計方法得到，本身存在一定的誤差，正定性難以 保證，這就導(dǎo)致了白化操作的不精確，而且這種預(yù)處理階段引入的誤差，無法在隨后的處理 算法中得以校正，影響了總體算法的性能。本技術(shù)提出的盲源分離技術(shù)結(jié)合干涉儀和空間 譜測向技術(shù)可以摒棄盲源分離的白化預(yù)操作和對目標矩陣的正定性假設(shè)，可以解決干涉儀 用于同頻多信號的測向問題，可以提高傳統(tǒng)空間譜在低信噪比下的測向分辨率?；诳焖?的復(fù)數(shù)域聯(lián)合對角化盲源分離結(jié)合干涉儀和空間譜的同頻多信號測向方法是一個新的領(lǐng) 域，目前尚沒有相關(guān)技術(shù)的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種適用于復(fù)雜電磁環(huán)境中同頻多信號的 高分辨、高精度測向的方法。
[0004] 本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種基于盲源分離的同頻多信號測向方法，其特征在于包括以下步驟：
[0006] (1)利用天線陣列接收信號計算協(xié)方差矩陣，對協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到 特征值，采用對角加載技術(shù)修正特征值，使得修正后的特征值分布在加載值的設(shè)定區(qū)域，然 后對修正后的特征值利用信息論準則估計得到信源的個數(shù)N;
[0007] (2)根據(jù)估計的信源個數(shù)N，采用快速的復(fù)數(shù)域聯(lián)合對角化盲分離算法得到分離矩 陣W;
[0008] (3)根據(jù)分離矩陣W，求得用于估計信源發(fā)射信號方向角的混合矩陣1,混合矩陣 ▲的列向量為天線陣列對某一方向信源發(fā)射信號的響應(yīng)估計，A的擴展空間與信 號子空間相同；其中，當信源個數(shù)和陣元個數(shù)相等時，對分離矩陣W直接求逆得到混合矩陣 1，即A二1W- 1;當W不是方陣時，利用W的廣義逆得到混合矩陣i ;
[0009] (4)選擇測向方法，如果利用干涉儀測向方法得到每個信源方向，則轉(zhuǎn)入步驟(5); 如果利用空間譜測向方法得到每個信源方向，則轉(zhuǎn)入步驟(6);
[0010] (5)根據(jù)&($)計算出每個信源相對于天線陣列中參考天線單元的估計相位差，將 估計相位差與實際陣列響應(yīng)作相關(guān)運算，相關(guān)性最大值對應(yīng)的角度為該信源方向，結(jié)束；
[0011] (6)信號子空間與噪聲子空間正交，則由i得到噪聲子空間，根據(jù)天線陣列流形與 噪聲子空間計算得到代價函數(shù)，代價函數(shù)最大值對應(yīng)的角度為該信源方向。
[0012] 其中，步驟(2)具體包括以下步驟：
[0013] (201)確定可聯(lián)合對角化目標矩陣組:利用天線陣列接收信號的四階累積量切片 矩陣組、天線陣列接收信號在不同時刻的二階相關(guān)矩陣組、天線陣列接收信號的非零時延 相關(guān)矩陣組或四階累積量切片矩陣組、二階相關(guān)矩陣組和非零時延相關(guān)矩陣組的三者組合 作為可聯(lián)合對角化的目標矩陣組；
[0014] (202)對可聯(lián)合對角化的目標矩陣組進行降維處理；
[0015] (203)通過逐級迭代，對降維后的目標矩陣組進行聯(lián)合對角化處理，直到算法收 斂，得到分離矩陣W。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0017] 1、本發(fā)明利用協(xié)方差矩陣對角加載的信息論準則AIC方法進行信源個數(shù)估計，解 決了 AIC方法在實際非理想條件(如色噪聲環(huán)境)下不能適用的問題。
[0018] 2、本發(fā)明利用快速的復(fù)數(shù)域聯(lián)合對角化方法進行盲源分離，計算復(fù)雜度低，取消 了白化操作和正定性限制、實數(shù)或者輒爾米特限制，保證避免了平凡解，且簡單易操作，提 高了盲源分離算法的穩(wěn)定性和適用性。
[0019] 3、本發(fā)明利用盲源分離得到的分離矩陣進行干涉儀測向，可以解決干涉儀用于同 頻多信號的測向問題，避免了單獨對每個信道輸出進行相位測量帶來的誤差，擴大了干涉 儀測向的應(yīng)用范圍。
[0020] 4、本發(fā)明利用盲源分離得到的分離矩陣進行空間譜測向，大大提高了信干比，從 而提高了空間譜在低信噪比情況下的測向分辨率和測向精度。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明的工作過程示意圖；
[0022]圖2是信源個數(shù)估計過程示意圖；
[0023]圖3是盲源分離過程示意圖；
[0024]圖4是干涉儀測向過程不意圖；
[0025] 圖5是空間譜測向過程示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 參照圖1，本發(fā)明工作過程包括信源個數(shù)估計1、求分離矩陣2、得到混合矩陣3、干 涉儀5、空間譜6。
[0027] -種基于盲源分離的同頻多信號測向方法，其特征在于包括以下步驟：
[0028] (1)利用天線陣列接收信號計算協(xié)方差矩陣，對協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到 特征值，采用對角加載技術(shù)修正特征值，使得修正后的特征值分布在加載值的設(shè)定區(qū)域，然 后對修正后的特征值利用信息論準則估計得到信源的個數(shù)N。
[0029]圖2中，天線陣列接收信號的協(xié)方差矩陣R:
[0031] 其中，E[ ·]表示數(shù)學(xué)期望，上標Η表示復(fù)共輒轉(zhuǎn)置，X(i)表示第i次快拍的天線陣 列接收信號，L表示快拍數(shù)。
[0032] 對協(xié)方差矩陣R進行特征值分解，得到Μ個特征值，滿足：
[0033] 入1〉入2 2 …2 ^M-1
[0034] 取對角加載值A(chǔ)dl:
[0036]將協(xié)方差矩陣對角加載后的特征值代入AIC準則中，可得到如下公式：
[0038] 式中：Μ代表天線陣列陣元個數(shù)，L代表快拍數(shù)，1,(1 = 1，2，···，Μ)代表協(xié)方差矩陣 的特征值，λ??代表加載值。
[0039] (2)根據(jù)估計的信源個數(shù)，采用快速的復(fù)數(shù)域聯(lián)合對角化盲分離算法得到分離矩 陣W;
[0040] 圖3中，步驟(2)具體包括以下步驟：
[0041] (201)確定可聯(lián)合對角化目標矩陣組C:利用天線陣列接收信號的四階累積量切片 矩陣組、天線陣列接收信號在不同時刻的二階相關(guān)矩陣組、天線陣列接收信號的非零時延 相關(guān)矩陣組或四階累積量切片矩陣組、二階相關(guān)矩陣組和非零時延相關(guān)矩陣組的三者組合 作為可聯(lián)合對角化的目標矩陣組。
[0042] 天線陣列接收信號的四階累積量切片矩陣為：
[0046] 其中，=< ',, ,·&，an,j為矩陣A的第(n, j)個元素。
[0047] 天線陣列接收信號在七時刻的二階相關(guān)矩陣具有如下的對角化結(jié)構(gòu)：
[0048] Rx(ti) =E{x(ti)xH(ti)} = AE{s(ti)sH(ti)}AH
[0049] =Adiag{ [pi(ti) ,P2(ti), - -- ,Ρν(?ι) ] }AH
[0050] 易知，給定T個不同時刻，那么天線陣列接收信號在這T個時刻的二階相關(guān) 矩陣組具有可聯(lián)合對角化結(jié)構(gòu)。
[0051] 天線陣列接收信號的^時延的相關(guān)矩陣為：
[0052] Rx(ti) =E{x