[發明專利]一種部分稀疏L陣及其二維DOA估計方法

有效

• 申請號: 201610300904.5
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN106019213B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 鄭植;楊雨軒;劉柯宏;閆波;楊海芬;林水生;葛琰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 周劉英

技術領域

本發明屬于無線移動通信技術領域，特別是涉及一種利用線陣構造的部分稀疏L陣列及其二維波達方向(DOA)估計方法。

背景技術

空分多址技術是繼時分復用、頻分復用和碼分復用之后又一個可提高網絡容量的關鍵技術，空分多址的關鍵在于精確地測量信號源方位和形成高定向波束，因此，以DOA估計和數字波束形成為核心的陣列信號處理技術越來越得到廣大研究者的研究和關注。

現有的DOA估計算法大多是基于傳統滿陣，即陣列中相鄰陣元間距不大于入射信號半波長的天線陣列。但滿陣由于陣元間距的限制，要增加陣列孔徑，提升測向精度和分辨率就必須增加陣元數，造成系統過于復雜和系統成本增加。鑒于傳統滿陣存在的上述問題，人們提出了稀疏陣，即陣元間距大于半波長的均勻或非均勻陣列系統。和常規滿陣相比，陣元數相同時它擁有更大的陣列孔徑，減小了陣元間的互耦，改善了測向精度、測向分辨率和最大可處理信源數等性能；此外，陣列孔徑相同時稀疏陣所需陣元數更少，這就意味著更小規模的接收系統和信號處理系統等，極大地降低了設備成本。

目前基于稀疏陣列的DOA估計主要分為兩大類：一類是基于稀疏線陣的一維DOA估計；另一類是基于由幾個稀疏線陣組成的簡化面陣的二維DOA估計。其中，基于簡化面陣的二維DOA估計中，L陣由于有更大的有效孔徑、更小的運算量、更易實現、更強的方法適用性等優點得到了廣泛的關注和應用。但現有的L陣大多是由常規ULA(均勻線陣)構成，利用稀疏線陣構成的L陣還比較少，已有的基于稀疏線陣的L陣的表達式不夠簡潔，且在計算二維DOA時，要么需要配對算法，要么就是需要譜峰搜索等，不能充分利用稀疏陣列的優勢。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種構造簡單，基于線陣的部分稀疏L陣及其能獲得較好性能且計算簡單的DOA估計方法。

本發明的一種部分稀疏的L陣列，包括陣元數相同的線性第一子陣、第二子陣構成L字形的陣列，第一子陣和第二子陣的交點定義為參考陣元，其特征在于，所述第一子陣的陣元間距等于半倍波長，第二子陣的陣元間距等于n倍波長，其中整數n的取值范圍為1～10；并在第二子陣上設置一個輔助陣元，所述輔助陣元距離參考陣元的距離為半倍波長。其中L陣列的第一子陣、第二子陣可分別放置于x軸和z軸，x軸對應方位角，z軸對應俯仰角；或者將L陣列的第一子陣、第二子陣分別放置于z軸和x軸，x軸對應方位角，z軸對應俯仰角。

同時，本發明還公開了一種用于所述的L陣列的二維波大方向的估計方法，包括下列步驟：

步驟1：將L陣列的第一子陣、第二子陣分別放置于x軸和z軸；

步驟2：L陣列接收K個不相關信源的入射信號，得到x軸、z軸各陣元的接收數據，其中K小于第一子陣的陳元數M；

步驟3：計算各入射信號的估計俯仰角；

步驟301：計算接收數據z′(t)和x′(t)在N(N的取值為大于等于10的整數)次采樣下的互相關矩陣R_z′x′，并從R_z′x′中任意提取K列構造信號子空間U_z，其中接收數據x′(t)為x軸上除參考陣元外的所有陳元的接收數據，接收數據z′(t)為z軸上除輔助陣元外的所有陣元的接收數據；

將信號子空間U_z劃分為上下兩個(M-1)*K維的信號子空間U_z1和U_z2，基于U_z1和U_z2求取旋轉矩陣Ω_z，令矩陣矩陣T_z為K×K的非奇異矩陣；

對矩陣F_z進行特征值分解，得到相應的K個特征值其中k＝1,2,…,K；

步驟302：計算每個入射信號的兩個備選估計俯仰角：

根據計算K個第一備選估計俯仰角其中d_z＝nλ，λ表示信號波長，符號angle(·)表示取相位角；

根據公式計算估計空間相位差若則第二備選估計俯仰角否則

步驟4：對每個入射信號的備選估計俯仰角去模糊角處理，得到估計俯仰角

步驟401：計算接收數據z(t)在N次采樣下的自相關矩陣R_zz，其中接收數據z(t)為z軸上所有陣元的接收數據；