基于子空间追踪的无源信号检测技术

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1、·工程应用·航天电子对抗2017年第3期基于子空间追踪的无源信号检测技术王建，朱晓丹，王利伟(中国航天科工集团8511研究所，江苏南京210007)摘要：数字阵列瞬时全空域覆盖时，所需的波束数量随着阵列规模增大而增加，这将使得信号处理复杂度提升，设备量增大。为了减少大型阵列的设备量，提出了一种基于子空间追踪的无源信号检测技术。该技术利用辐射源信号在空域的稀疏性，用子空间追踪算法实时跟踪辐射源信号，将波束对准辐射源信号方向，进行自适应空域滤波，从而减少波束个数，降低计算量。该算法可以适应多信号形式，自适应地

2、对多个辐射源的来波进行滤波，滤波之后的信号可以进行信号检测及信号分选，且波束个数不随阵列规模的增加而增加，可以大大减少大型阵列的设备量。关键词：无源信号检测；子空间跟踪；数字阵列中图分类号：TN975文献标识码：A0引言数字波束形成因具有波束指向性强、控制灵活、增益高等优点而受到广泛关注，同时多波束技术可以在接收端同时形成多个数字波束，瞬时覆盖所需空域，进行瞬时全空域侦察，各波束之间相互独立，互不影响。因此，数字阵列技术逐渐在电子侦察中得到了应用。但是，随着阵列的增大，波束变窄，采用传统同时多波束技术覆盖

3、空域所需要的波束数量增加，使得信号处理复杂度提升，设备量增大，这是目前电子侦察领域大型数字阵列应用的瓶颈之一。在电子侦察中，同一时刻侦收到的辐射源信号仅来自有限方向，即具有空域的稀疏性。根据这一性质，收稿日期：2017一03—21；2017一05—19修回。作者简介：王建(1987一)，男，博士，研究方向为电子侦察、阵列信号处理。仅在辐射源信号方向形成波束，可以极大地减少波束个数。但是如何实时估计辐射源的来波方向是该方法的难点之一。常用的信源DOA估计方法有：capon算法口]、多重信号分类法(MUSIC

4、)算法[2]、基于压缩感知的DOA估计算法[31等，但是这些方法估计辐射源DOA时，计算量大，难以实现实时估计。为此，本文提出了基于子空间追踪的无源信号检测技术，该算法利用辐射源在空域的稀疏性，利用子空间追踪算法，实时跟踪辐射源，波束指向自适应调整，仅在辐射源信号方向形成波束，覆盖所需空域，波束个数少，极大地减少了计算量。1子空间追踪算法在通信、自适应滤波、到达角估计、阵列天线处理等许多信息处理领域，主子空间和次子空间分析具有非常重要的意义。目前基于梯度的OJA类算法，对梯娉跚m出溅№训沌¨一～～m弹⋯m

5、慨．一～一一一删洮一：薹～～一～～一一一～一一～一一一一～一～～一～一～～～一～一一～一一～一～～：蚕一一一一～～～一一一～肌～～一一～一一一一f㈣～一一一一～～一·工程应用·王建，等：基于子空间追踪的无源信号检测技术度的估计运算量为0(NP)，对子空间基的正交化运算量为o(NP2)，计算量较小，本文采用OJA算法进行子空间追踪。子空间追踪算法[41步骤如式(1)～(4)所示：乜。一∞曼1工。(1)6。一x。一国。一1口。(2)∞。一∞，1+肛。6。y著(3)∞。一∞。／0∞。lI2(4)式中，x。阵列为

6、接收信号，口。为滤波输出信号，6。为滤波之后剩余信号，∞。为权系数。口。为正实数时，算法为信号子空间追踪；岸。为负实数时，算法为噪声子空间追踪。2基于子空间追踪的无源信号检测子空间追踪算法实时更新权系数，对空域信号进行滤波，但是当多个不同角度的信号在时域重叠时，该l{搿n是否切换算法仅跟踪同一时刻较大的信号，这将导致多信号有重叠时，该算法失效。为了适应多信号形式，对子空间追踪算法进行了改进，提出了基于子空间追踪的无源信号检测算法。假设有P个来自不同方向的辐射源信号，则阵列接收信号可以表示为：Px(f)一>

7、：n(以)sp(￡)(5)暑基于子空间追踪的无源信号检测信号处理框图如图1所示。其中口。(￡)一∞曼1x。(￡)，6。(￡)一x。(f)一∞。一1n。(￡)。对接收信号工(￡)的滤波采用P+1个通道，其中P个信号滤波通道输出相应角度的目标信号，1个为噪声子空间跟踪通道，输出噪声信号，与信号一起检测是否有目标，最多可形成P个波束，检测P个辐射源。第一个通道输入为阵列接收信号，先对能量最强的辐畔口1(f)是否切换掣口2(f)是否切换如(f)噪声子空间跟踪噪声参数估计ll参数估计It信号分选lI信号分选l射源信

8、息进行空域滤波；第二个通道输入为上一通道滤波之后的信号，对次强信号进行滤波；依次类推，直到没有信号或者P个通道都有信号输出。每个波束的输出均分别进行信号检测、参数估计及信号分选。该算法的核心主要有信号的实时检测、权值的更新、通道输入信号的选择及角度估计，具体如下：1)信号实时检测在子空间跟踪过程中，口。表示当前时刻数据在前一时刻估计得到子空间上的投影幅度，积累一定长度滑动窗内的投影能量，就能够依据数据在信号和噪声子空间上的能量