專利名稱：一種基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)波達(dá)方向(DOA)估計(jì)技術(shù)，利用智能天線對(duì)無(wú)線接收信號(hào)的波達(dá)方向進(jìn)行估計(jì)，從而可以為網(wǎng)絡(luò)定位、節(jié)點(diǎn)管理、商業(yè)服務(wù)與位置相關(guān)的信息服務(wù)提供技術(shù)支持。
背景技術(shù)：
陣列信號(hào)處理中的波達(dá)方向(DOA)估計(jì)在雷達(dá)、無(wú)線通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中，基于子空間的MUSIC算法對(duì)陣列信號(hào)的波達(dá)方向進(jìn)行估計(jì)，開(kāi)辟了陣列信號(hào)處理的新時(shí)代。該MUSIC算法是一種基于二階統(tǒng)計(jì)量的陣列信號(hào)處理方法，二階統(tǒng)計(jì)量的方法通常假定待估計(jì)的信號(hào)是高斯分布的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，信源產(chǎn)生的信號(hào)通常是非高斯分布的，使得估計(jì)的波達(dá)方向具有較大的誤差。其中，高階統(tǒng)計(jì)量是指高于二階的統(tǒng)計(jì)量， 它具有對(duì)任何形式的高斯過(guò)程的不可以有效地提取出信號(hào)的非高斯成份，最大程度地抑制高斯噪聲。因此，高階統(tǒng)計(jì)量常常被用來(lái)處理非高斯信號(hào)DOA估計(jì)問(wèn)題。由于對(duì)稱分布的隨機(jī)信號(hào)的三階累積量為零，因而陣列測(cè)向中常用四階累積量。目前對(duì)于波達(dá)方向具有多種估計(jì)方法，中國(guó)專利CN1523372A公開(kāi)了一種基于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)圓-角定位的來(lái)波方向估計(jì)方法，提出了一種虛擬線陣四階累量MUSIC算法以及虛擬線陣四階累量修正MUSIC算法，其計(jì)算步驟如下I)將基于TD-SCDMA無(wú)線定位陣元空間均勻圓陣轉(zhuǎn)換為模式空間虛擬均勻線陣；2)構(gòu)成虛擬線陣采樣協(xié)方差矩陣；3)對(duì)上述協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，求得協(xié)方差矩陣的特征值，并計(jì)算與各特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，從而構(gòu)成信號(hào)子空間和噪聲子空間；3)米樣 MDL (Minimum Description Length Criterion, MDL)方法估計(jì)信號(hào)源個(gè)數(shù)；4)計(jì)算噪聲子空間的投影矩陣，并估計(jì)MUSIC的功率譜；5)通過(guò)搜索MUSIC的功率譜的譜峰值，估計(jì)來(lái)波方向。該方法不僅能夠解決TD-SCDMA的圓陣智能天線的DOA估計(jì)問(wèn)題,而且也能夠解決TD-SCDMA對(duì)相關(guān)信號(hào)源的DOA估計(jì)問(wèn)題。但是，該方法難以估計(jì)出更多的信號(hào)到達(dá)方向，而且其對(duì)信號(hào)到達(dá)方向的估計(jì)精度和分辨率也較低。為了提高DOA的估計(jì)精度和分辨率，MUSIC-Iike算法利用陣列的輸出來(lái)構(gòu)造四階累積量矩陣，并對(duì)該矩陣采用子空間方法進(jìn)行方向估計(jì)。四階累積量在陣列信號(hào)處理中的應(yīng)用，明確提出了四階累積量具有擴(kuò)展陣列有效口徑的能力，解釋了陣列擴(kuò)展的物理意義。由于該方法的陣元或虛擬陣元有限，因此其對(duì)信號(hào)波達(dá)方向的估計(jì)能力有限；而且，該方法的陣列有效口徑不足，導(dǎo)致該方法對(duì)信號(hào)方向的估計(jì)精度也較低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是要提供一種基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法，該方法能夠在有限的無(wú)線傳感器數(shù)目下，估計(jì)出更多的信號(hào)到達(dá)方向，提高信號(hào)到達(dá)方向精度和提高分辨力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法，本方法首先對(duì)接收的陣列信號(hào)進(jìn)行二階統(tǒng)計(jì)量處理，利用延遲自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)得到導(dǎo)向矩陣的共扼矩陣，然后利用擴(kuò)展矢量的延遲采樣構(gòu)造出一個(gè)新的偽快拍矩陣，最后對(duì)這個(gè)矩陣用四階累積量的方法來(lái)估計(jì)信號(hào)的波達(dá)方向；該方法具體步驟為I)根據(jù)第m個(gè)天線陣列的輸出信號(hào)Xm(t)，利用延遲自相關(guān)的性質(zhì)，按照公式
權(quán)利要求
1.一種基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，該方法首先對(duì)接收的陣列信號(hào)進(jìn)行二階統(tǒng)計(jì)量處理，進(jìn)行延遲采樣構(gòu)造出一偽快拍矩陣，最后對(duì)該偽快拍矩陣用四階累積量的方法來(lái)估計(jì)信號(hào)的波達(dá)方向； 該方法具體步驟為 1)根據(jù)第m個(gè)天線陣列的輸出信號(hào)Xm(t)，利用延遲自相關(guān)的性質(zhì)，按照公式
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟4)中的導(dǎo)向矩陣5通過(guò)以下方式得到 設(shè)該方法的初始條件為信號(hào)數(shù)D，信號(hào)入射方向?yàn)?i(i = 1，2，"4)，陣元數(shù)為1其中一陣元的坐標(biāo)為(am，bm),得到
3.如權(quán)利要求2所述的基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述信號(hào)數(shù)D，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況確定。
4.如權(quán)利要求I所述的基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，所述偽快拍數(shù)Np，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況確定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于共軛擴(kuò)展的波達(dá)方向估計(jì)方法，該方法先計(jì)算接收信號(hào)之間的二階統(tǒng)計(jì)量，利用延遲自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)得到導(dǎo)向矩陣的共扼矩陣，然后利用擴(kuò)展矢量的延遲采樣構(gòu)造出一個(gè)新的偽快拍矩陣，最后對(duì)這個(gè)矩陣用四階累積量的方法來(lái)估計(jì)信號(hào)的波達(dá)方向。通過(guò)陣列擴(kuò)展的信號(hào)波達(dá)方向估計(jì)方法，本發(fā)明能夠大大增加估計(jì)的信號(hào)波達(dá)方向數(shù)目，并且能夠提高信號(hào)波達(dá)方向的估計(jì)精度。
文檔編號(hào)H04B7/08GK102694588SQ201210199310
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者劉方偉, 單志龍, 史景倫 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)