一种宽带阵列天线波达方向估计方法、设备及介质

本发明涉及阵列信号处理领域，更为具体的，涉及一种宽带阵列天线波达方向估计方法、设备及介质。

背景技术：

1、宽带信号具有抗干扰能力强、目标信息量大和分辨率高等特点，有利于目标检测和参数的准确估计。通常情况下，天线阵列处理宽带信号时，会将宽带信号划分为一系列在频率上不重叠的窄带信号。目前用于波达方向（direction of arrival，doa）估计的宽带信号处理主要分为非相干信号子空间法（incoherent signal-subspace method，ism）和相干信号子空间法（coherent signal-subspace method，csm）。但是由于都要估计协方差矩阵，这两种算法都需要大量的样本以保证协方差矩阵的估计精度，当快拍数较少时，上述算法会失效。除此之外，近些年还提出稀疏贝叶斯学习（sparse bayesian learning，sbl）算法，该算法能解决有限快拍情况下的宽带信号估计问题，但这一算法需要先验信息和其他条件来初始化参数，先验信息的缺失会导致严重的估计误差。

2、现有宽带阵列天线doa估计技术方案，存在估计误差大的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带阵列天线波达方向估计方法、设备及介质，提高了doa估计性能。

2、本发明的目的是通过以下方案实现的：

3、一种宽带阵列天线波达方向估计方法，包括以下步骤：

4、s1，针对空间中 k个宽带信号，获取接收阵列的输出信号，并对宽带信号进行处理； k为整数；

5、s2，定义参数向量，其中表示某一频率对应的信号向量，表示参数向量；根据贝叶斯准则，将后验概率分布转化成先验分布来表示，通过最大后验概率估计出，进而得出简化后参数；其中和分别为待估计信号源数及其波达角doa；

6、s3，根据步骤s2中，利用贝叶斯准则确定权值及其迭代表达式；

7、s4，在粒子滤波算法的基础上对粒子进行高斯-柯西突变重采样，设定权重阈值和高权重粒子比重阈值，通过设定的阈值对粒子进行筛选；

8、s5，对筛选后的粒子，根据不同频率点的目标阵列流形递归估计doa。

9、进一步地，在步骤s1中，所述对宽带信号进行处理，包括子步骤：对接收阵列接收到的信号进行傅里叶变换。

10、进一步地，在步骤s2中，包括子步骤：在将后验概率分布转化成先验分布来表示之前，设接收到的高斯噪声满足独立同分布。

11、进一步地，在步骤s3中，所述根据步骤s2中，利用贝叶斯准则确定权值及其迭代表达式，包括子步骤：设估计目标的后验概率密度能够由一组粒子集得出。

12、进一步地，在步骤s3中，所述根据步骤s2中，利用贝叶斯准则确定权值及其迭代表达式，包括子步骤：根据实际情况改写权值。

13、进一步地，在步骤s4中，所述通过设定的阈值对粒子进行筛选，包括子步骤：当粒子权重大于时，粒子为高权重粒子，对高权重粒子进行高斯突变操作，对低权重粒子进行柯西突变操作。

14、进一步地，在步骤s5中，对筛选后的粒子，所述根据不同频率点的目标阵列流形递归估计doa，包括子步骤：从一维随机初值开始，在不观测协方差矩阵的前提下，根据不同频率点的目标阵列流形递归估计doa。

15、进一步地，高权重粒子数为粒子总数乘高权重粒子的权值。

16、一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时并执行如上任一项所述的方法。

17、一种计算机可读存储介质，在可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行如上任一项所述的方法。

18、本发明的有益效果包括：

19、本发明的方案直接作用于当前观测值，从一组无角度预估计的随机初值开始，利用最大似然递归估计波达角doa，这一方法对信号中存在的相关性具有一定鲁棒性。在短快拍、低信噪比和相干源的背景下，该方法具有较好的doa估计性能。

技术特征：

1.一种宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，在步骤s1中，所述对宽带信号进行处理，包括子步骤：对接收阵列接收到的信号进行傅里叶变换。

3.根据权利要求1所述的宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，在步骤s2中，包括子步骤：在将后验概率分布转化成先验分布来表示之前，设接收到的高斯噪声满足独立同分布。

4.根据权利要求1所述的宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，在步骤s3中，所述根据步骤s2中，利用贝叶斯准则确定权值及其迭代表达式，包括子步骤：设估计目标的后验概率密度能够由一组粒子集得出。

5.根据权利要求1所述的宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，在步骤s3中，所述根据步骤s2中，利用贝叶斯准则确定权值及其迭代表达式，包括子步骤：根据实际情况改写权值。

6.根据权利要求1所述的宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，在步骤s4中，所述通过设定的阈值对粒子进行筛选，包括子步骤：当粒子权重大于时，粒子为高权重粒子，对高权重粒子进行高斯突变操作，对低权重粒子进行柯西突变操作。

7.根据权利要求1所述的宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，在步骤s5中，对筛选后的粒子，所述根据不同频率点的目标阵列流形递归估计doa，包括子步骤：从一维随机初值开始，在不观测协方差矩阵的前提下，根据不同频率点的目标阵列流形递归估计doa。

8.根据权利要求6所述的宽带阵列天线波达方向估计方法，其特征在于，高权重粒子数为粒子总数乘高权重粒子的权值。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时并执行如权利要求1~8任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，在可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行如权利要求1~8任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种宽带阵列天线波达方向估计方法、设备及介质，属于阵列信号处理领域，包括步骤：针对空间中的宽带信号，获取接收阵列的输出信号，并对宽带信号进行处理；定义参数向量，根据贝叶斯准则，将后验概率分布转化成先验分布来表示；利用贝叶斯准则确定权值及其迭代表达式；在粒子滤波算法的基础上对粒子进行高斯‑柯西突变重采样，设定权重阈值和高权重粒子比重阈值，通过设定的阈值对粒子进行筛选；对筛选后的粒子，根据不同频率点的目标阵列流形递归估计DOA。本发明可以减小宽带阵列天线波达方向估计误差，提高DOA估计性能。

技术研发人员：宫延云,吴岳,丁立超,汪跃先,王伶,张兆林,韩闯,陶明亮,谢坚,粟嘉
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12