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)明涉及一種信號波達(dá)方向(DOA)估計(jì)技術(shù)，利用智能天線對無線接收信號的波達(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)：
陣列信號處理中的波達(dá)方向(DOA)估計(jì)在雷達(dá)、無線通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中，基于子空間的MUSIC算法對陣列信號的波達(dá)方向進(jìn)行估計(jì)，開辟了陣列信號處理的新時(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)的信號是高斯分布的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，信源產(chǎn)生的信號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， 它具有對任何形式的高斯過程的不可以有效地提取出信號的非高斯成份，最大程度地抑制高斯噪聲。因此，高階統(tǒng)計(jì)量常常被用來處理非高斯信號DOA估計(jì)問題。由于對稱分布的隨機(jī)信號的三階累積量為零，因而陣列測向中常用四階累積量。目前對于波達(dá)方向具有多種估計(jì)方法，中國專利CN1523372A公開了一種基于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)圓-角定位的來波方向估計(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)算與各特征值對應(yīng)的特征向量，從而構(gòu)成信號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)通過搜索MUSIC的功率譜的譜峰值，估計(jì)來波方向。該方法不僅能夠解決TD-SCDMA的圓陣智能天線的DOA估計(jì)問題,而且也能夠解決TD-SCDMA對相關(guān)信號源的DOA估計(jì)問題。但是，該方法難以估計(jì)出更多的信號到達(dá)方向，而且其對信號到達(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構(gòu)造四階累積量矩陣，并對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，因此其對信號波達(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)致該方法對信號方向的估計(jì)精度也較低。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(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線傳感器數(shù)目下，估計(jì)出更多的信號到達(dá)方向，提高信號到達(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，本方法首先對接收的陣列信號進(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，最后對這個(gè)矩陣用四階累積量的方法來估計(jì)信號的波達(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，該方法首先對接收的陣列信號進(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，最后對該偽快拍矩陣用四階累積量的方法來估計(jì)信號的波達(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通過以下方式得到 設(shè)該方法的初始條件為信號數(shù)D，信號入射方向?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，最后對這個(gè)矩陣用四階累積量的方法來估計(jì)信號的波達(dá)方向。通過陣列擴(kuò)展的信號波達(dá)方向估計(jì)方法，本發(fā)明能夠大大增加估計(jì)的信號波達(dá)方向數(shù)目，并且能夠提高信號波達(dá)方向的估計(jì)精度。
文檔編號H04B7/08GK102694588SQ201210199310
公開日2012年9月26日 申請日期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 申請人:華南師范大學(xué)