基于盲源分离的同频多信号测向方法
【技术领域】
[0001] 本技术涉及通信对抗领域中一种同频多信号测向方法，该技术基于对天线阵列接 收同频多目标信号进行盲源分离、干涉仪测向、空间谱测向等处理，通过性能稳健的盲源分 离算法，逐个分离出每个源信号，再分别对每个源信号进行测向，提高了信干比，能够实现 对同频多目标信号在低信噪比、复杂电磁环境下的高分辨、高精度测向，特别适用于超短波 侦测装备。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术的不断发展，各种新型通信体制广泛应用，战场电磁环境日趋复杂， 同频多目标信号大量存在，而目前超分辨测向技术在实际电磁环境中特别是在低信噪比下 不能有效地进行高分辨测向，无法达到实战需求。传统的干涉仪测向技术只能够实现对非 同频信号的测向，当多个信号频谱重叠时，不能够准确获得每个信号的瞬时相位，无法利用 干涉仪测向。目前的盲源分离技术都需要进行预白化处理，且假定目标矩阵组为实值的正 定性矩阵，由于目标矩阵组通常都是通过统计方法得到，本身存在一定的误差，正定性难以 保证，这就导致了白化操作的不精确，而且这种预处理阶段引入的误差，无法在随后的处理 算法中得以校正，影响了总体算法的性能。本技术提出的盲源分离技术结合干涉仪和空间 谱测向技术可以摒弃盲源分离的白化预操作和对目标矩阵的正定性假设，可以解决干涉仪 用于同频多信号的测向问题，可以提高传统空间谱在低信噪比下的测向分辨率。基于快速 的复数域联合对角化盲源分离结合干涉仪和空间谱的同频多信号测向方法是一个新的领 域，目前尚没有相关技术的报道。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于复杂电磁环境中同频多信号的 高分辨、高精度测向的方法。
[0004] 本技术所要解决的技术问题是由以下技术方案实现的：
[0005] -种基于盲源分离的同频多信号测向方法，其特征在于包括以下步骤：
[0006] (1)利用天线阵列接收信号计算协方差矩阵，对协方差矩阵进行特征值分解得到 特征值，采用对角加载技术修正特征值，使得修正后的特征值分布在加载值的设定区域，然 后对修正后的特征值利用信息论准则估计得到信源的个数N;
[0007] (2)根据估计的信源个数N，采用快速的复数域联合对角化盲分离算法得到分离矩 阵W;
[0008] (3)根据分离矩阵W，求得用于估计信源发射信号方向角的混合矩阵1,混合矩阵 ▲的列向量为天线阵列对某一方向信源发射信号的响应估计，A的扩展空间与信 号子空间相同；其中，当信源个数和阵元个数相等时，对分离矩阵W直接求逆得到混合矩阵 1，即A二1W- 1;当W不是方阵时，利用W的广义逆得到混合矩阵i ;
[0009] (4)选择测向方法，如果利用干涉仪测向方法得到每个信源方向，则转入步骤(5); 如果利用空间谱测向方法得到每个信源方向，则转入步骤(6);
[0010] (5)根据&($)计算出每个信源相对于天线阵列中参考天线单元的估计相位差，将 估计相位差与实际阵列响应作相关运算，相关性最大值对应的角度为该信源方向，结束；
[0011] (6)信号子空间与噪声子空间正交，则由i得到噪声子空间，根据天线阵列流形与 噪声子空间计算得到代价函数，代价函数最大值对应的角度为该信源方向。
[0012] 其中，步骤(2)具体包括以下步骤：
[0013] (201)确定可联合对角化目标矩阵组:利用天线阵列接收信号的四阶累积量切片 矩阵组、天线阵列接收信号在不同时刻的二阶相关矩阵组、天线阵列接收信号的非零时延 相关矩阵组或四阶累积量切片矩阵组、二阶相关矩阵组和非零时延相关矩阵组的三者组合 作为可联合对角化的目标矩阵组；
[0014] (202)对可联合对角化的目标矩阵组进行降维处理；
[0015] (203)通过逐级迭代，对降维后的目标矩阵组进行联合对角化处理，直到算法收 敛，得到分离矩阵W。
[0016] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0017] 1、本发明利用协方差矩阵对角加载的信息论准则AIC方法进行信源个数估计，解 决了 AIC方法在实际非理想条件(如色噪声环境)下不能适用的问题。
[0018] 2、本发明利用快速的复数域联合对角化方法进行盲源分离，计算复杂度低，取消 了白化操作和正定性限制、实数或者辄尔米特限制，保证避免了平凡解，且简单易操作，提 高了盲源分离算法的稳定性和适用性。
[0019] 3、本发明利用盲源分离得到的分离矩阵进行干涉仪测向，可以解决干涉仪用于同 频多信号的测向问题，避免了单独对每个信道输出进行相位测量带来的误差，扩大了干涉 仪测向的应用范围。
[0020] 4、本发明利用盲源分离得到的分离矩阵进行空间谱测向，大大提高了信干比，从 而提高了空间谱在低信噪比情况下的测向分辨率和测向精度。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明的工作过程示意图；
[0022]图2是信源个数估计过程示意图；
[0023]图3是盲源分离过程示意图；
[0024]图4是干涉仪测向过程不意图；
[0025] 图5是空间谱测向过程示意图。
【具体实施方式】
[0026] 参照图1，本发明工作过程包括信源个数估计1、求分离矩阵2、得到混合矩阵3、干 涉仪5、空间谱6。
[0027] -种基于盲源分离的同频多信号测向方法，其特征在于包括以下步骤：
[0028] (1)利用天线阵列接收信号计算协方差矩阵，对协方差矩阵进行特征值分解得到 特征值，采用对角加载技术修正特征值，使得修正后的特征值分布在加载值的设定区域，然 后对修正后的特征值利用信息论准则估计得到信源的个数N。
[0029]图2中，天线阵列接收信号的协方差矩阵R:
[0031] 其中，E[ ·]表示数学期望，上标Η表示复共辄转置，X(i)表示第i次快拍的天线阵 列接收信号，L表示快拍数。
[0032] 对协方差矩阵R进行特征值分解，得到Μ个特征值，满足：
[0033] 入1〉入2 2 …2 ^M-1
[0034] 取对角加载值Adl:
[0036]将协方差矩阵对角加载后的特征值代入AIC准则中，可得到如下公式：
[0038] 式中：Μ代表天线阵列阵元个数，L代表快拍数，1,(1 = 1，2，···，Μ)代表协方差矩阵 的特征值，λ??代表加载值。
[0039] (2)根据估计的信源个数，采用快速的复数域联合对角化盲分离算法得到分离矩 阵W;
[0040] 图3中，步骤(2)具体包括以下步骤：
[0041] (201)确定可联合对角化目标矩阵组C:利用天线阵列接收信号的四阶累积量切片 矩阵组、天线阵列接收信号在不同时刻的二阶相关矩阵组、天线阵列接收信号的非零时延 相关矩阵组或四阶累积量切片矩阵组、二阶相关矩阵组和非零时延相关矩阵组的三者组合 作为可联合对角化的目标矩阵组。
[0042] 天线阵列接收信号的四阶累积量切片矩阵为：
[0046] 其中，=< ',, ,·&，an,j为矩阵A的第(n, j)个元素。
[0047] 天线阵列接收信号在七时刻的二阶相关矩阵具有如下的对角化结构：
[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，给定T个不同时刻，那么天线阵列接收信号在这T个时刻的二阶相关 矩阵组具有可联合对角化结构。
[0051] 天线阵列接收信号的^时延的相关矩阵为：
[0052] Rx(ti) =E{x