[發明專利]一種利用互質陣的波達方向估計方法

有效

• 申請號: 201611163847.7
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106646344B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 王海燕;賈天一;申曉紅;花飛;荊海霞;劉興晨;馬志東;姚海洋
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S3/00
• 分類號: G01S3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種利用互質陣的波達方向估計方法，涉及陣列信號處理領域，基于壓縮感知中的稀疏重構思想，對于互質陣構造基于OMP算法的波達方向估計方法，克服了空域平滑MUSIC算法導致虛擬陣元減少的問題，使得檢測目標數目超過MN，由于采用了互質陣這種新型的嵌套陣，使得波達方向估計性能顯著的提高了估計的目標數量，在陣列多目標估計時具有很好的估計性能，在同樣使用互質陣時，使得估計的目標數目超過NM個目標，在同樣陣元數量下，進一步提高了互質陣的估計目標數目，可以簡單高效的對稀疏信號進行重構，最終快速高效的給出波達方向估計結果，在高信噪比時，本發明方法的估計精度優于空間平滑的MUSIC算法。

技術領域

本發明涉及陣列信號處理領域，尤其是一種波達方向估計方法。

背景技術

波達方向估計在雷達、聲納和無線通信中，有很廣泛的應用，然而傳統的波達方向估計方法只能求解目標數少于陣元數的情況，因此如何用少量的陣元檢測更多的目標是一個值得研究的問題。實際中，一般常用的N元均勻線列陣，最多只能估計出N-1個目標的來波方向。近幾年，提出了一種新型幾何結構的線列陣——互質陣，使得估計的目標數目遠超過陣元數目N，事實上，一個有N+M陣元的互質陣所能估計的目標數目可以達到O(MN)，即與MN同階大小的目標數目，由于互質陣陣元位置的巧妙分布，在經過數學運算處理后，可以形成孔徑更大的虛擬陣。具體來說，上述提到的N+2M-1個物理陣元的互質陣可以虛擬出孔徑為2MN+1的均勻線列陣。

對于互質陣，已經提出了一種基于互質陣的空域平滑MUSIC算法，對于使用N+2M-1個物理陣元的互質陣，使用該方法最多可以估計出MN個目標，盡管這個算法估計出的目標數目已經遠大于同等數目物理陣元的均勻線列陣，但是由于使用了空域平滑方法，因此導致虛擬陣元減少到MN+1，檢測性能降低。最近幾年，由D.Donoho、E.Candes及華裔科學家T.Tao等人提出了一種新的信息獲取指導理論，即壓縮感知，該理論一經提出，就在信息論、信號處理、模式識別、無線通信等領域受到高度關注，該理論認為，對于一個稀疏信號或者是可以稀疏表示的信號，可以對該信號進行少量觀測后，然后采用特定的重構算法重構原始信號，對于信號x的有限觀測y，滿足y＝Ax，式中觀測矩陣M＜N，若滿足一定條件，便可從有限觀測y中重構原始的稀疏信號x。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明基于壓縮感知中的稀疏重構思想，對于互質陣構造基于OMP算法的波達方向估計方法，克服了空域平滑MUSIC算法導致虛擬陣元減少的問題，使得檢測目標數目超過MN，并且仿真證明該方法在高信噪比時有很好的估計精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案具體包括如下步驟：

第一步：互質陣結構設計

互質陣由兩個間距分別為Md和Nd的均勻線列陣嵌套組成，其中M和N為兩個互為質數的常數，d表示接收信號的半波長，一個均勻線列陣有N個陣元，陣元間距為Md，另外一個均勻線列陣有2M個陣元，陣元間距為Nd，兩個均勻線列陣的第一個陣元重合，共有N+2M-1個陣元，由于M和N都是質數，所以稱這種線列陣為互質陣，互質陣是一種特殊結構的非均勻線列陣；

第二步：估計互質陣接收信號的協方差矩陣

互質陣接收信號的協方差矩陣R_xx通過公式(1)估計：

式(1)中，表示互質陣接收信號向量，T表示陣列快拍數；

第三步：構造虛擬均勻線列陣的接收向量y