一種在空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下信號的doa估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于陣列信號處理技術領域，涉及一種在空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下信號的 D0A估計方法。
【背景技術】
[0002] 隨著數(shù)字微電子技術、信號處理技術、并行處理技術的迅速發(fā)展，陣列信號處理所 表現(xiàn)出的各種優(yōu)點在實踐中得到很好的體現(xiàn)，現(xiàn)在已經(jīng)在通信、聲納、雷達、天文、醫(yī)療診斷 及全球定位等領域得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用。例如聲納，陣列信號處理在聲納技術中 具有很重要作用，與雷達接收電磁波不同，聲納采用陣列接收海洋中傳播的聲音信號;射電 天文學方面，為了探測宇宙深處，往往需要大孔徑陣列，因此長達數(shù)千公里的陣列在射電天 文學中是很常見的，由于陣列過于龐大，因此在射電天文學中使用的陣列一般是稀疏陣列； 醫(yī)療診斷，在醫(yī)學成像中，一般使用陣列技術對需要診斷的人體器官進行X射線照射，然后 對陣列接收數(shù)據(jù)進行分析得出其病變狀況;全球定位，在軍事和民用領域中往往需要為特 定用戶提供方位信息，即定位信息。
[0003] 而在移動通信方面，當頻域、時域和碼域等資源的潛力被第一代、第二代和第三代 移動通信技術充分挖掘和利用后，采用陣列天線對空域資源進行充分利用就成為了突破的 方向。無線通信中一個關鍵技術就是使用智能天線技術實現(xiàn)空分多址，即SDMA技術，使用 SDMA技術可以降低用戶和基站發(fā)射功率，減少共道干擾，顯著提高網(wǎng)絡容量。在移動通信 中，如果已知信號源方位，則利用陣列天線具有容易實現(xiàn)高定向和波束控制特性，使波束指 向特定用戶。一方面通過提高小區(qū)空間利用率來提高容量，另一方面可以降低對特定用戶 的發(fā)射功率來減少對共信道干擾以達到提高容量的目的。
[0004] 現(xiàn)有的高分辨的D0A估計方法都假定背景噪聲是統(tǒng)計獨立的高斯白噪聲，然而在 實際環(huán)境中，白噪聲的假設并不總是成立，當實際噪聲模型不滿足白噪聲時，傳統(tǒng)的高分辨 方法則將引起嚴重的性能惡化甚至失效。在一些特定的應用中，一般的相關色噪聲能夠進 一步被簡化，即假定陣元之間的噪聲是不相關的空間非平穩(wěn)噪聲，噪聲只對陣列數(shù)據(jù)相關 矩陣主對角線的項有貢獻，在這種情況下，可以認為噪聲空間協(xié)方差矩陣為一對角矩陣，但 陣元噪聲功率具有不等的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種在空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下信號的D0A估計 方法，該方法利用空間非平穩(wěn)噪聲協(xié)方差矩陣具有對角矩陣的特點，提取接收信號協(xié)方差 矩陣非主對角線上的元素，進而構建多項式方程，通過多項式求根算法對信號源進行估計。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0007] 一種在空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下信號的D0A估計方法，在該方法中，在非平穩(wěn)噪聲環(huán) 境的前提下，提取接收信號協(xié)方差矩陣非主對角線上的數(shù)據(jù)信息來估計目標源方位，包括 以下步驟：
[0008] 步驟一:根據(jù)空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下噪聲之間不相干，即陣列接收的噪聲協(xié)方差 具有對角結(jié)構的特點構建協(xié)方差方程；
[0009] 步驟二:提取非主對角線元素的數(shù)據(jù)信息，避開噪聲的影響；
[0010]步驟三:對相干信號進行去相關處理，并利用多項式求根公式估計出所有信源的 方向。
[0011] 進一步，所述步驟具體包括：
[0012] 接收入射到均勻線性陣列的待估計信號，得到輸出信號模型為:X(t)=A(0)S(t) + N(t)，其中X(t)為接收機接收到的信號，Α(θ)為接收信號的方向矩陣，N(t)為噪聲矢量；
[0013] 空間非平穩(wěn)噪聲是指，噪聲只對陣列數(shù)據(jù)相關矩陣主對角線上的項有貢獻，在這 種情況下，認為噪聲空間協(xié)方差矩陣為一對角矩陣，但陣元噪聲功率具有不等的特性；
[0014] 由接收到的信號和噪聲協(xié)方差矩陣的特點可以得到接收信號的協(xié)方差矩陣
[0015]
[0016] 其中ai為接收信號的方向矩陣A的第i行，其中Rs為信號相關矩陣，af為噪聲功率， d為陣元間距，λ為入射波長；
[0017] 由于噪聲只對協(xié)方差矩陣主對角線上的項有影響，提取協(xié)方差矩陣非主對角線上 的項整理合并得
[0018]
[0019]其中 Φ =diag(a2);
[0020]若信號為相干的，則對矩陣：
[0021]
[0022]做去相干處理，得到一個秩為M-L的非奇異矩陣；
[0023] 進而得到一個多項式公式，(：(Ζ) = )(Ζ)Ψ(Ζ)，其解可E
辱到。
[0024] 進一步：
[0025] 在步驟二中進行信息提取的步驟具體為：
[0026]提取出協(xié)方差矩陣非主對角線元素的信息整理合并得如下式子
[0027]
[0028] a)信號為非相干情況下，利用多項式求根算法進行信號估計， 2π?
[0029] b)信號為相干情況下，因為信號之間是相干的，所以矩陣 …… 一…
… …的秩為M-L，上式可簡化為
[0030]
[0031] 對簡化后的矩陣利用多項式求根算法進行信號估計，且
[0032] 其中ai為接收信號的方向矩陣A的第i行，其中RS為信號相關矩陣，of為噪聲功率， d為陣元間距，Φ =diag(a2)，λ為入射波長。
[0033] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的提取協(xié)方差矩陣非主對角線上數(shù)據(jù)信息的 方法在空間非平穩(wěn)噪聲的環(huán)境下提高了計算速度和估計精度，在陣列信號處理中具有較好 的應用前景。
【附圖說明】
[0034] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0035]圖1為非相干信號在空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下本文算法與MUSIC算法的性能比較；
[0036] 圖2為相干信號在空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下本文算法與前后向空間平滑算法的性能 比較；
[0037] 圖3為本發(fā)明提出的空間非平穩(wěn)噪聲下D0A估計算法流程圖。
【具體實施方式】
[0038]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0039] 圖3為本發(fā)明提出的空間非平穩(wěn)噪聲下D0A估計算法流程圖，在本方法中，在非平 穩(wěn)噪聲環(huán)境的前提下，提取接收信號協(xié)方差矩陣非主對角線上的數(shù)據(jù)信息來估計目標源方 位，包括以下步驟：
[0040] 步驟一:根據(jù)空間非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下噪聲之間不相干，即陣列接收的噪聲協(xié)方差 具有對角結(jié)構的特點構建協(xié)方差方程；
[0041 ]步驟二:提取非主對角線元素的數(shù)據(jù)信息，避開噪聲的影響；
[0042]步驟