[發明專利]一種直線陣協方差矩陣主對角線重構的測角方法

有效

• 申請號: 201610247121.5
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105785315B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 劉雄厚;孫超;楊益新;卓頡
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S3/86
• 分類號: G01S3/86
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及一種陣列信號處理方法。

背景技術

對目標進行測角為陣列信號處理領域中的熱點問題(Van Trees H L.Optimum array processing:part 4of detection,estimation,and modulation theory.Hoboken:John Wiley&Sons Inc.,2002.)。當接收陣元上的信噪比較低時，已有的測角方法，如常規波束形成(CBF:Conventional Beamforming)，難以獲得較好的測角結果。為了克服CBF在低信噪比下的缺點，Wilson等人提出了傅里葉積分法(FIM:Fourier Integral Method)，在低信噪比下可以獲得更優的測角結果(Nuttall A H,Wilson J H.Estimation of the acoustic field directionality by use of planar and volumetric arrays via the Fourier series method and the Fourier integral method.The Journal of the Acoustical Society of America,1991,90(4):2004-2019.王忠,蔣晗中,陳伏虎.逆波束形成的旁瓣抑制.應用聲學,2009,28(5):372-377.)。但是，FIM的陣增益比CBF僅高出3dB，因此在更低的信噪比下，陣列測角結果仍然不夠理想。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種直線陣協方差矩陣主對角線重構的測角方法，能夠在低信噪比下獲得較優的測角結果。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)將N元均勻直線陣ULA按照3個陣元一組劃分為N-2組，每組由3個相鄰的陣元組成，即第n-1、n和n+1個陣元，相鄰的兩組有2個陣元重合；采集目標信號數據后，獲得N×N維協方差矩陣；遍歷各組，每組中間陣元的自譜為R_n,n，相鄰陣元與中間陣元的互譜分別為R_n-1,n、R_n,n-1、R_n,n+1、R_n+1,n；取中間量利用估計中間陣元新的自譜共獲得N-2個估計的自譜；

所述中間陣元新的自譜通過以下三種方式中的任意一種估計得到：

(a)其中k＝1,2,3,4；

(b)其中表示的集合，表示從4個值中取M個值，2≤M≤4，表示對M個值求和；

(c)表示對M個值求乘積，()^1/M表示求M次方根；

(2)利用N-2個估計的自譜替代步驟(1)所述N×N維協方差矩陣的主對角線上第2到第N-1個自譜，同時用第2個估計的自譜代替步驟(1)所述N×N維協方差矩陣的主對角線上的第1個自譜，用第N-1個估計的自譜代替步驟(1)所述N×N維協方差矩陣的主對角線上的第N個自譜，獲得新的N×N維協方差矩陣；

(3)根據N元ULA設計N×1維波束掃描向量；利用該波束掃描向量和新的N×N維協方差矩陣進行測角。

本發明的有益效果是：在低信噪比下，本發明所提出的協方差矩陣主對角線重構法比已有方法具有更好的噪聲抑制能力，獲得更好的測角結果。

附圖說明

圖1是N元ULA以3個陣元一組劃分為N-2組的示意圖；

圖2是本發明中主要步驟的流程圖；

圖3是本發明中重構主對角線獲得新的N×N維協方差矩陣的流程圖(以式(19)為例，且取k＝1)；

圖4是傳統CBF法、傳統FIM法和本發明所提方法的測角結果，其中，(a)是利用式(19)且取k＝1，(b)是利用式(20)且取M＝4，(c)是利用式(21)且取M＝4。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

本發明對一條直線陣上的所有陣元進行分組，每組中由三個相鄰的陣元組成，相鄰的組之間有兩個陣元重合。每組3個陣元采樣數據的自譜中噪聲成分較高，而互譜中噪聲成分較低。利用噪聲成分較低的互譜來估計中間陣元上的新自譜，用估計的新自譜來替代主對角線上原來的自譜，獲得主對角線重構后的協方差矩陣。最后，利用重構后的協方差矩陣進行測角。

本發明的主要內容有：