杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110333477A(43)申请公布日2019.10.15(21)申请号201910599267.X(22)申请日2019.07.02(71)申请人苏州迈斯维通信技术有限公司地址215000江苏省苏州市高新区通安镇真北路88号6号楼3楼(72)发明人李岳洲胡南林海(74)专利代理机构苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙)32257代理人苏张林(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)权利要求书3页说明书14页附图2页(54)发明名称杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法(57)摘要本发明公开了一种杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法。其特征在于，包括：接收数个快拍向量，构造空间抽样阵列流型矩阵及其求导矩阵；初始化稀疏支撑向量、正则化参数、杂波-噪声联合功率向量与波达方向偏差向量；依次迭代更新信号后验均值向量、协方差矩阵以及上述各变量；迭代停止条件满足时，波达方向估计由稀疏支撑向量与波达方向偏差向量给出。本发明的有益效果：(1)本发明利用杂波与噪声污染的各快拍中稀疏表示信号之间的联合稀疏性，对问题进行建模并求解，从而利用较少快拍即可得到较精确的估计；(2)本发明的正则化参数在迭代过程中自动更新，不需要经验预设；(3)本发明估计了各快拍中时变的杂波-噪声联合功率。CN110333477ACN110333477A权利要求书1/3页1.一种杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法，其特征在于，包括：步骤1.接收天线阵列的M个天线单元采集的T个快拍，构成T个快拍数据向量xt,t＝1,2,...,T；设置一个对空间角度全覆盖的均匀抽样角度网格向量并由此构造阵列流型矩阵与阵列流型求导矩阵步骤2.迭代程序参数a与b的值设置为趋近于0的某个正实数，对迭代程序中的各变量初始化：稀疏支撑向量α初始化为正则化参数μ初始化为杂波-噪声联合功率向量γ初始化为波达方向偏差向量β初始化为步骤3.利用T个快拍数据向量xt,t＝1,2,...,T、阵列流型矩阵阵列流型求导矩阵旧的稀疏支撑向量旧的杂波-噪声联合功率向量和旧的波达方向偏差向量计算各快拍中稀疏表示信号向量的后验均值向量ζt,t＝1,2,...,T与后验协方差矩阵Λt,t＝1,2,...,T；步骤4.利用旧的正则化参数各快拍中稀疏表示信号向量的后验均值向量ζt,t＝1,2,...,T与后验协方差矩阵Λt,t＝1,2,...,T，更新稀疏支撑向量α；步骤5.利用旧的稀疏支撑向量更新正则化参数μ；步骤6.利用T个快拍数据向量xt,t＝1,2,...,T、阵列流型矩阵阵列流型求导矩阵旧的波达方向偏差向量各快拍中稀疏表示信号向量的后验均值向量ζt,t＝1,2,...,T与后验协方差矩阵Λt,t＝1,2,...,T，更新杂波-噪声联合功率向量γ；步骤7.在稀疏支撑向量α上搜索出K个峰值，其峰值位置索引构成η；利用α的峰值位置索引η、T个快拍数据向量xt,t＝1,2,...,T、阵列流型矩阵阵列流型求导矩阵旧的波达方向偏差向量各快拍中稀疏表示信号向量的后验均值向量ζt,t＝1,2,...,T与后验协方差矩阵Λt,t＝1,2,...,T，更新波达方向偏差向量β；步骤8.计算是否满足迭代终止条件：若未满足，令回到步骤3继续执行迭代；否则结束迭代并基于当前的稀疏支撑向量α与波达方向偏差向量β，给出波达方向估计结果。2.如权利要求1所述的杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法，其特征在于，设置一个对空间角度全覆盖的均匀抽样角度网格向量并由此构造阵列流型矩阵与阵列流型求导矩阵包括：(1)设置一个对空间角度全覆盖的包含N个角度的均匀抽样角度网格向量其中角度采样间隔(·)T表示转置；(2)阵列流型矩阵其中a(θ)为该天线阵列在θ方向上的导向矢量，当天线阵列为均匀线型阵列且阵元间距为d时，a(θ)＝[1,e-j2π(d/λ)sinθ,...,e-j2π(md/λ)sinθ,...,e-j2π(M-1)(d/λ)sinθ]T，λ为波长；(3)阵列流型求导矩阵其中a′(θ)为a(θ)的导数向量。2CN110333477A权利要求书2/3页3.如权利要求1所述的杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法，其特征在于，对迭代程序中的各变量初始化包括：(1)稀疏支撑向量α初始化为其中(·)H表示共轭转置，⊙为Hadamard积；(2)正则化参数μ初始化为(3)杂波-噪声联合功率向量γ初始化为(4)波达方向偏差向量β初始化为其中0N表示N维全零向量。4.如权利要求1所述的杂波背景下天线阵列的信号波达方向估计方法，其特征在于，计算各快拍中稀疏表示信号向量的后验均值向量与后验协方差矩阵包括：各快拍中稀疏表示信号向量的后验均值向量为后验协方差矩阵