CN109683124A - 一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，包括以下步骤：A.通过通信接收设备对信号进行采样来收集天线阵列数据X；B.利用天线阵列数据X计算协方差矩阵R；C.根据协方差矩阵R，计算出R的特征值，并依照特征值的数值从大到小排列D.根据降序排列的特征值，构造阵列函数E.利用阵列函数计算出信号源个数N，本发明的一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，主要是为空间谱估计测向技术提供一种同频信号源个数判定的依据，克服传统的设定判决门限方法可能造成部分弱小信号源被遗漏或者噪声源被虚报的问题。

Description

一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法。

背景技术

同频信号源个数估计在空间谱估计测向技术中是一个关键问题，大多数空间谱估计算法都需要预先知道同频信号源的个数，然后根据信源数来进行测向。

目前国内在空间谱估计测向算法中普遍采用给定判决门限的方式来估计信号源个数。比如常用的基于噪声能量来设定判决门限，但由于空间信号所处的电磁环境非常复杂，比如对于移动信号源，随着电磁环境的不断变化，设定的判决门限就需要针对不同的电磁环境作出相应的门限值调整，传统的设定判决门限方法无法实现自适应估计信源数的效果，这样可能造成部分弱小信号源被遗漏或者噪声源被虚报，对后续的谱估计测向造成影响。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，主要是为空间谱估计测向技术提供一种同频信号源个数判定的依据，克服传统的设定判决门限方法可能造成部分弱小信号源被遗漏或者噪声源被虚报的问题。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，包括以下步骤：

A.通过通信接收设备对信号进行采样来收集天线阵列数据X；

B.利用天线阵列数据X计算协方差矩阵R；

C.根据协方差矩阵R，计算出R的特征值，并依照特征值的数值从大到小排列为λ₁，λ₂，…，λ_M，其中M表示天线阵元数目；

D.根据降序排列的特征值，构造阵列函数f(m)：

其中，L是快拍数；λ_i是按其数值从大到小排列的阵列数据协方差矩阵R的第i个特征值，m表示所要求得的信号源个数的函数变量；

E.利用阵列函数f(m)计算出信号源个数N，N＝arg^-1min_mf(m)。

进一步地，所述步骤A中具体是通过一套阵列天线和一套接收机采集电磁信号形成天线阵列数据X，阵列天线可采用如九元均匀圆阵天线等，对应的接收机则可采用如九通道测向接收机等。

进一步地，所述步骤A具体包括以下步骤：

A1.阵列天线接收由变化的电磁场在空间的传播形成的电磁信号，并将电磁信号送入接收机；

A2.接收机收到电磁信号选出所需要的频率成分，抑制或滤除不需要的噪声信号与干扰信号，然后经过放大、解调得到原始的有用数据，所述有用数据表示为复数I_jk+i*Q_jk，其中I_jk表示实部，Q_jk表示虚部，j取值范围为1～P，P表示天线阵元数目，k取值范围为1～Len，Len表示采集到的数据的长度；

具体的，本步骤中接收机对电磁信号进行筛选需要的频率成分、抑制或滤除不需要的噪声信号与干扰信号，然后经过放大、解调得到原始的有用数据均是现有技术中较为成熟的技术手段，本发明中不再赘述；

A3.由I_jk+i*Q_jk根据设定的快拍数L来截取形成天线阵列数据X矩阵，L取值范围为不小于2且不大于Len，即L的取值由来是从Len中选取一段，也就是为小于或等于Len的一个值。

进一步地，所述M与P的取值范围均为不小于2且不大于9的整数，即M与P均表示天线阵元数目，取决于所使用的天线的阵元的数量，目前最多只能到9阵元，Len取值范围为2的幂次方。

进一步地，所述步骤B中的协方差矩阵R具体为：X^H表示X的共轭转置矩阵。

进一步地，所述步骤C中R的特征值为λ，λ的计算公式为|λE-R|＝0，其中，E为单位矩阵。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本发明的可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，可为空间谱估计测向技术提供一种同频信号源个数判定的依据，可克服传统的设定判决门限方法可能造成部分弱小信号源被遗漏或者噪声源被虚报的问题，可作为在无线电监测测向过程中对发射源进行测向分析的一种依据，保障后续的谱估计测向的精度。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，具体包括以下步骤：

步骤一：通过通信接收设备对信号进行采样来收集天线阵列数据X；具体为：

通过一套阵列天线(本实施例中采用九元均匀圆阵天线)和一套接收机(本实施例中采用九通道测向接收机)采集由变化的电磁场在空间的传播形成的电磁信号，并形成天线阵列数据X。

其中采集后具体包括以下操作：天线将接收的电磁信号送入接收机，由接收机选出所需要的频率成分，抑制或滤除不需要的信号或噪声及干扰信号，然后将过滤后的信后经过放大、解调得到原始的有用数据，表示为复数I_jk+i*Q_jk，其中I_jk表示实部，Q_jk表示虚部，j取值1～P，P表示天线阵元数(本实施例中，P取值范围为2～9之间的整数)，k取值1～Len，Len表示采集到的数据的长度(本实施例中，Len取值范围为2的幂次方)。

然后由I_jk+i*Q_jk根据设定的快拍数L来截取形成天线阵列数据X矩阵，L取值范围是[2，Len]，其具体取值由来为L是从Len中选取一段，也就是L为小于或等于Len的一个值。

步骤二：利用阵列数据计算协方差矩阵R，X^H表示X的共轭转置矩阵。

步骤三：根据协方差矩阵R，计算出R的特征值，并依照特征值的数值从大到小排列为λ₁，λ₂，…，λ_M，其中M表示天线阵元数目；具体为：

根据协方差矩阵R，计算出R的特征值，R的特征值为λ，λ的计算公式为|λE-R|＝0，其中，E为单位矩阵。并依其数值从大到小排列为λ₁，λ₂，…，λ_M，其中M表示天线阵元数目。M取值范围为2～9，比如九元天线阵列中M取值为9，也就是说天线阵元数目取决于所使用的天线的阵元的数量，最多只能到9阵元。

步骤四：根据降序排列的特征值，构造阵列函数f(m)：

其中，L是快拍数；λ_i是按其数值从大到小排列的阵列数据协方差矩阵R的第i个特征值，m表示所要求得的信号源个数的函数变量。

步骤五：利用阵列函数f(m)计算出信号源个数N，N＝arg^-1min_mf(m)。

则通过上述步骤即可得出需要的信号源个数N，本发明的方法可克服传统的设定判决门限方法可能造成部分弱小信号源被遗漏或者噪声源被虚报的问题，可作为在无线电监测测向过程中对发射源进行测向分析的一种依据，保障后续的谱估计测向的精度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.通过通信接收设备对信号进行采样来收集天线阵列数据X；

B.利用天线阵列数据X计算协方差矩阵R；

C.根据协方差矩阵R，计算出R的特征值，并依照特征值的数值从大到小排列为λ₁，λ₂，…，λ_M，其中M表示天线阵元数目；

D.根据降序排列的特征值，构造阵列函数f(m)：

其中，L是快拍数；λ_i是按其数值从大到小排列的阵列数据协方差矩阵R的第i个特征值，m表示所要求得的信号源个数的函数变量；

E.利用阵列函数f(m)计算出信号源个数N，N＝arg^-1min_mf(m)。

2.根据权利要求1所述的一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，其特征在于，所述步骤A中具体是通过一套阵列天线和一套接收机采集电磁信号形成天线阵列数据X。

3.根据权利要求2所述的一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，其特征在于，所述步骤A具体包括以下步骤：

A1.阵列天线接收由变化的电磁场在空间的传播形成的电磁信号，并将电磁信号送入接收机；

A2.接收机收到电磁信号选出所需要的频率成分，抑制或滤除不需要的噪声信号与干扰信号，然后经过放大、解调得到原始的有用数据，表示为复数I_jk+i*Q_jk，其中I_jk表示实部，Q_jk表示虚部，j取值范围为1～P，P表示天线阵元数目，k取值范围为1～Len，Len表示采集到的数据的长度；

A3.由I_jk+i*Q_jk根据设定的快拍数L来截取形成天线阵列数据X矩阵，L取值范围为不小于2且不大于Len。

4.根据权利要求3所述的一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，其特征在于，所述M与P的取值范围均为不小于2且不大于9的整数，Len取值范围为2的幂次方。

5.根据权利要求3所述的一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，其特征在于，所述步骤B中的协方差矩阵R具体为：X^H表示X的共轭转置矩阵。

6.根据权利要求5所述的一种可实现自适应估计信源数的信号源个数计算方法，其特征在于，所述步骤C中R的特征值为λ，λ的计算公式为|λE-R|＝0，其中，E为单位矩阵。