[發明專利]一種基于壓縮感知的互質陣列高精度波達方向估計方法

有效

• 申請號: 201710041947.0
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106896340B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 周成偉;史治國;陳積明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S3/00
• 分類號: G01S3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種基于壓縮感知的互質陣列高精度波達方向估計方法，其特征在于，包含以下步驟：

(1)接收端使用M+N-1個天線，并按照互質陣列結構進行架構；其中M與N為互質整數；所述的互質陣列具體結構為：互質陣列由一對稀疏均勻線性子陣列組合而成，第一個子陣列包含M個天線陣元，且陣元間距為Nd；第二個子陣列包含N個天線陣元，且陣元間距為Md；d為入射窄帶信號波長λ的一半；將兩個子陣列以首個天線陣元重疊的方式進行組合，得到包含M+N-1個天線陣元的互質陣列結構；

(2)利用互質陣列接收D個遠場窄帶非相干信號源的入射信號，得到(M+N-1)×1維互質陣列接收信號x(k)，共采集K個采樣快拍得到X＝[x(1),x(2),…,x(K)]；

(3)構造一個壓縮感知核Φ：Φ是一個Q×(M+N-1)維矩陣；其中Q為壓縮系數，滿足Q<<M+N-1且Q>D；Φ中的元素隨機生成，滿足高斯分布或伯努利分布條件，且滿足行正交的條件；

(4)利用壓縮感知核將(M+N-1)×1維互質陣列接收信號x(k)以隨機投影的方式壓縮為Q×1維輪廓信號y(k)，即y(k)＝Φx(k)；對于K個采樣快拍得到Y＝[y(1),y(2),…,y(K)]；

(5)根據K個采樣的輪廓信號計算Q×Q維輪廓信號采樣協方差矩陣計算方法為：或者通過以下計算方法等價得到：

其中為互質陣列接收信號的采樣協方差矩陣，表示為：

(6)計算輪廓信號所對應的Q×1維導引向量d(θ)：

d(θ)＝Φa(θ)，

其中a(θ)為(M+N-1)×1維非均勻互質陣列的導引向量，可表示為

上式中,u_i,i＝1,2,…,M+N-1為互質陣列的天線陣元位置，λ為入射窄帶信號波長；

(7)計算輪廓信號所對應的空間功率譜p(θ)，其中x軸為假定的來波信號方向θ，y軸為空間功率譜響應值：

其中(·)^H表示共軛轉置操作，(·)^-1表示求逆操作；

(8)通過譜峰搜索的方式，尋找輪廓信號空間功率譜的峰值，并將其響應值從大到小排列，前D個峰值所對應的x軸角度方向即為波達方向估計結果。