[發明專利]一種采用時頻分析的L型陣列二維波達方向估計算法

在審

• 申請號: 201611238085.2
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106772224A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張海劍;鄭玲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魏波

1.一種采用時頻分析的L型陣列二維波達方向估計算法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)、兩個均勻線陣正交擺放，形成xz平面上的L型陣列，并假設K個時頻譜混疊信源以方位角θ和仰角φ入射到此陣列上；其中每個方向上有M個陣元，陣元間距為d，0＜d≤λ/2，λ為入射窄帶信號波長，θ代表入射信源與x軸正方向的夾角，φ代表入射信源與z軸正方向夾角；

步驟2)、對陣列二維方向上的接收數據分別采樣，得到輸出數據X(t),Z(t)，獲得總體接收數據

步驟3)、采用時頻分析工具STFT,將Y(t)變換到時頻域W_y(t,f),W_x(t,f),W_z(t,f)分別表示總體輸出數據、x方向輸出數據和z方向輸出數據的STFT值；

步驟4)、根據信號和噪聲的差異程度及噪聲功率，設定閾值，并結合和k-means聚類選取時頻域中每個時間采樣點上有且只有一個頻率的時頻點；所形成的單信源時頻點集用Φ^*表示；已知信源數K的情況下，再次利用k-means聚類法將點集Φ^*劃分為K類，每類代表每個信源對應的單信源時頻點集Φ_i,i=1,…,K；

步驟5)、依據Φ_i,i＝1,…,K,建立單個信源的時頻接收數據矩陣X_tf＝Y_tf(1:M,:),Z_tf＝Y_tf(M+1:2M,:)代表x,z方向上各信源的單信源時頻點STFT值；D(i:j,:)代表矩陣D的第i到j行數據組成的子陣；

步驟6)、計算時頻域互相關矩陣:

$R_{xz}=E\left\{X_{tf}{Z}_{tf}^H\right\},$

其中，E{}代表期望運算符，H代表共軛轉置運算符；

步驟7)、根據線性陣列的共軛對稱特性，以及均勻線陣的旋轉不變性，計算擴大陣列孔徑后的新接收矩陣：

$Y={\left[\begin{array}{cccc}{Y}_1^T& Y_2^T& Y_3^T& Y_4^T\end{array}\right]}^T,$

其中J_M為副對角線全1的M×M維置換矩陣，*代表共軛運算符，T代表轉置運算符；

步驟8)、基于步驟7中所獲Y，通過傳播算子法原則,求出傳播算子P，并定義一個擴展的時頻傳播算子：

P_e＝[I_K，P]^H，

其中，I_K為K×K維單位矩陣；

步驟9)、定義兩個方位角選擇矩陣G_x1,G_x2，兩個仰角選擇矩陣G_z1,G_z2，結合ESPRIT思想建立旋轉不變等式，推導出方位角和仰角計算公式。