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。
[0043] 在本实施例中：
[0044]以多个正余弦信号的叠加为例来说明非平稳噪声下D0A估计新算法的具体实施方 式。
[0045] 1)信号模型
[0046] 本实施例考虑远场信号情况，Μ个阵元组成的阵列接收L个信源，阵元间距为d，入 射波长为λ，信源方向分别为01;···，θ η，阵列信号矢量可以表不为：
[0047] X(t)=A(9)S(t)+N(t)
[0048] 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，且方向矩阵Α(θ) = [a(00 a(02)…a(0L)]，S(t)为接收信号的复包络矢量，N(t)为噪声矢量，其中
SUXSKt) S2(t)…SL(t)]T为信号矢量，Sdt) 为第i个窄波的振幅，且噪声矢量为N(t) = [Ni(t) N2(t)…Νμ(?)]τ。
[0049] 由式阵列信号协方差矩阵为
[0050] R = E{X(t)XH(t)}=ARsAH+RN
[0051] 其中Rs为信号相关矩阵，且Rs为可逆矩阵，{}H表示共辄转置，由于假定接收L个信 号源情况，Rn为噪声协方差矩阵。
[0052] 2)空间非平稳噪声下非相干信号D0A估计
[0053]在背景噪声为空间非平稳噪声的情况下，噪声之间不相关，阵元噪声功率之间不 相等，
[0054]即阵列接收的噪声协方差矩阵Rn具有对角结构，即
[0055]
[0056] 且 σ!2 2 σ22 2 …。
[0057] 由于方向矩阵
[0058]
[0059] 将Α分块为
[0060]
[0061]其中&1为方向矩阵的第i行。
[0062]可得协方差矩阵R为
[0063]
[0064] 下面将利用预测的方法，将阵列协方差矩阵进行降维处理，即提取协方差矩阵非 主对角线上的元素信息。
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]因为传感器阵列为均匀线性分布，阵元之间的间隔大小是相同的，于是令Φ = diag(a2)，所以可将上式化简为：
[0077] 整理合并C=[Ci C2 C3…Cm-l]得下式
[0078]" _aL+i_
[0079] 可得
，~〇￡1『，且因为信号之间不相干，所以屯为非奇异矩阵，令
[0080] 於Ρ = f [0081 ] 甘出
[0082] 可得关于Z的多项式方程如下 [0083]
[0084]信源的D0A估计可由下式解得：
[0085]
[0086] 3)空间非平稳噪声下的相干信号D0A估计由2)可知
[0087]
[0088] 因为信号之间是相干的，所以矩阵
M]的秩为M-L，上式 可简化为
[0089]
[0090] 进而可通过2)中的方法求得所估计的信号源。
[0091] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种在空间非平稳噪声环境下信号的DOA估计方法，其特征在于: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： 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； 步骤二:提取非主对角线元素的数据信息，避开噪声的影响； 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。2. 根据权利要求1所述的一种在空间非平稳噪声环境下信号的D0A估计方法，其特征在 于:所述步骤具体包括： 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； 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； 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其中&1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，λ为入射波长； 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 整理合并得其中 φ =diag(a2); 若信号为相干的，则对矩阵：做去相干处理，得到一个秩为M-L的非奇异矩阵；3. 根据权利要求2所述的一种在空间非平稳噪声环境下信号的D0A估计方法，其特征在于： 在步骤二中进行信息提取的步骤具体为： 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， b) 信号为相干情况下，因为信号之间是相干的，所以矩阵 ……捕Z …ΦΛ/-'.· ΦΑ?--J对简化后的矩阵利用多项式求根算法进行信号估计其中&1为接收信号的方向矩阵Α的第i行，其中Rs为信号相关矩阵，σ;2为噪声功率，d为 阵元间距，Φ =diag(a2)，λ为入射波长。
【专利摘要】本发明涉及一种在空间非平稳噪声环境下信号的DOA估计方法，属于阵列信号处理技术领域。该方法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：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；步骤二：提取非主对角线元素的数据信息，避开噪声的影响；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。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。
【IPC分类】G01S3/00
【公开号】CN105676164
【申请号】CN201610006301
【发明人】汪弟杰, 高飞飞, 柴蓉
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月6日