一种在空间非平稳噪声环境下信号的doa估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阵列信号处理技术领域，涉及一种在空间非平稳噪声环境下信号的 D0A估计方法。
【背景技术】
[0002] 随着数字微电子技术、信号处理技术、并行处理技术的迅速发展，阵列信号处理所 表现出的各种优点在实践中得到很好的体现，现在已经在通信、声纳、雷达、天文、医疗诊断 及全球定位等领域得到迅速的发展和广泛的应用。例如声纳，阵列信号处理在声纳技术中 具有很重要作用，与雷达接收电磁波不同，声纳采用阵列接收海洋中传播的声音信号;射电 天文学方面，为了探测宇宙深处，往往需要大孔径阵列，因此长达数千公里的阵列在射电天 文学中是很常见的，由于阵列过于庞大，因此在射电天文学中使用的阵列一般是稀疏阵列； 医疗诊断，在医学成像中，一般使用阵列技术对需要诊断的人体器官进行X射线照射，然后 对阵列接收数据进行分析得出其病变状况;全球定位，在军事和民用领域中往往需要为特 定用户提供方位信息，即定位信息。
[0003] 而在移动通信方面，当频域、时域和码域等资源的潜力被第一代、第二代和第三代 移动通信技术充分挖掘和利用后，采用阵列天线对空域资源进行充分利用就成为了突破的 方向。无线通信中一个关键技术就是使用智能天线技术实现空分多址，即SDMA技术，使用 SDMA技术可以降低用户和基站发射功率，减少共道干扰，显著提高网络容量。在移动通信 中，如果已知信号源方位，则利用阵列天线具有容易实现高定向和波束控制特性，使波束指 向特定用户。一方面通过提高小区空间利用率来提高容量，另一方面可以降低对特定用户 的发射功率来减少对共信道干扰以达到提高容量的目的。
[0004] 现有的高分辨的D0A估计方法都假定背景噪声是统计独立的高斯白噪声，然而在 实际环境中，白噪声的假设并不总是成立，当实际噪声模型不满足白噪声时，传统的高分辨 方法则将引起严重的性能恶化甚至失效。在一些特定的应用中，一般的相关色噪声能够进 一步被简化，即假定阵元之间的噪声是不相关的空间非平稳噪声，噪声只对阵列数据相关 矩阵主对角线的项有贡献，在这种情况下，可以认为噪声空间协方差矩阵为一对角矩阵，但 阵元噪声功率具有不等的特性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在空间非平稳噪声环境下信号的D0A估计 方法，该方法利用空间非平稳噪声协方差矩阵具有对角矩阵的特点，提取接收信号协方差 矩阵非主对角线上的元素，进而构建多项式方程，通过多项式求根算法对信号源进行估计。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 一种在空间非平稳噪声环境下信号的D0A估计方法，在该方法中，在非平稳噪声环 境的前提下，提取接收信号协方差矩阵非主对角线上的数据信息来估计目标源方位，包括 以下步骤：
[0008] 步骤一:根据空间非平稳噪声环境下噪声之间不相干，即阵列接收的噪声协方差 具有对角结构的特点构建协方差方程；
[0009] 步骤二:提取非主对角线元素的数据信息，避开噪声的影响；
[0010]步骤三:对相干信号进行去相关处理，并利用多项式求根公式估计出所有信源的 方向。
[0011] 进一步，所述步骤具体包括：
[0012] 接收入射到均匀线性阵列的待估计信号，得到输出信号模型为:X(t)=A(0)S(t) + N(t)，其中X(t)为接收机接收到的信号，Α(θ)为接收信号的方向矩阵，N(t)为噪声矢量；
[0013] 空间非平稳噪声是指，噪声只对阵列数据相关矩阵主对角线上的项有贡献，在这 种情况下，认为噪声空间协方差矩阵为一对角矩阵，但阵元噪声功率具有不等的特性；
[0014] 由接收到的信号和噪声协方差矩阵的特点可以得到接收信号的协方差矩阵
[0015]
[0016] 其中ai为接收信号的方向矩阵A的第i行，其中Rs为信号相关矩阵，af为噪声功率， d为阵元间距，λ为入射波长；
[0017] 由于噪声只对协方差矩阵主对角线上的项有影响，提取协方差矩阵非主对角线上 的项整理合并得
[0018]
[0019]其中 Φ =diag(a2);
[0020]若信号为相干的，则对矩阵：
[0021]
[0022]做去相干处理，得到一个秩为M-L的非奇异矩阵；
[0023] 进而得到一个多项式公式，(：(Ζ) = )(Ζ)Ψ(Ζ)，其解可E
辱到。
[0024] 进一步：
[0025] 在步骤二中进行信息提取的步骤具体为：
[0026]提取出协方差矩阵非主对角线元素的信息整理合并得如下式子
[0027]
[0028] a)信号为非相干情况下，利用多项式求根算法进行信号估计， 2π?
[0029] b)信号为相干情况下，因为信号之间是相干的，所以矩阵 …… 一…
… …的秩为M-L，上式可简化为
[0030]
[0031] 对简化后的矩阵利用多项式求根算法进行信号估计，且
[0032] 其中ai为接收信号的方向矩阵A的第i行，其中RS为信号相关矩阵，of为噪声功率， d为阵元间距，Φ =diag(a2)，λ为入射波长。
[0033] 本发明的有益效果在于:本发明提出的提取协方差矩阵非主对角线上数据信息的 方法在空间非平稳噪声的环境下提高了计算速度和估计精度，在阵列信号处理中具有较好 的应用前景。
【附图说明】
[0034] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0035]图1为非相干信号在空间非平稳噪声环境下本文算法与MUSIC算法的性能比较；
[0036] 图2为相干信号在空间非平稳噪声环境下本文算法与前后向空间平滑算法的性能 比较；
[0037] 图3为本发明提出的空间非平稳噪声下D0A估计算法流程图。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0039] 图3为本发明提出的空间非平稳噪声下D0A估计算法流程图，在本方法中，在非平 稳噪声环境的前提下，提取接收信号协方差矩阵非主对角线上的数据信息来估计目标源方 位，包括以下步骤：
[0040] 步骤一:根据空间非平稳噪声环境下噪声之间不相干，即阵列接收的噪声协方差 具有对角结构的特点构建协方差方程；
[0041 ]步骤二:提取非主对角线元素的数据信息，避开噪声的影响；
[0042]步骤