[發(fā)明專利]基于壓縮感知的非圓信號(hào)波達(dá)方向角估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710423913.8
• 申請(qǐng)日: 2017-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN107315161B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡晶晶;李鵬;李策
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S3/16
• 分類號(hào): G01S3/16
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知的非圓信號(hào)波達(dá)方向角估計(jì)方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中陣元利用率低，信號(hào)識(shí)別數(shù)量少的問(wèn)題，其實(shí)現(xiàn)步驟是：1)獲取嵌套陣列輸出信號(hào)，計(jì)算協(xié)方差矩陣和橢圓協(xié)方差矩陣，構(gòu)造相應(yīng)的協(xié)方差向量，計(jì)算這兩個(gè)向量中元素的維數(shù)，構(gòu)造相應(yīng)的虛擬陣列向量，構(gòu)造稀疏重構(gòu)向量；2)根據(jù)稀疏重構(gòu)向量構(gòu)造超完備基并定義第一、第二空域稀疏向量，波達(dá)方向角范圍以及常數(shù)矩陣；3)通過(guò)稀疏重構(gòu)方法獲得第一空域稀疏向量的最優(yōu)估計(jì)，繪制幅度譜圖，并尋找幅值較大的前K個(gè)譜峰，這些譜峰的峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的x軸坐標(biāo)即為所求角度值。本發(fā)明在陣元數(shù)量有限的情況下大大提高了陣列可識(shí)別的信源數(shù)目，適用于目標(biāo)偵察和無(wú)源定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁信號(hào)的陣列信號(hào)波達(dá)方向角估計(jì)方法，可用于對(duì)飛機(jī)、艦船運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的偵察與無(wú)源定位。

背景技術(shù)

信號(hào)的波達(dá)方向角DOA估計(jì)是陣列信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它是指利用天線陣列對(duì)空間聲學(xué)信號(hào)、電磁信號(hào)進(jìn)行感應(yīng)接收，再運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理方法快速準(zhǔn)確的估計(jì)出信號(hào)源的方向，在雷達(dá)、聲納、無(wú)線通信等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。

在現(xiàn)代通信中，二相相移鍵控以及M進(jìn)制幅移鍵控等非圓信號(hào)的應(yīng)用越來(lái)越多，因此有關(guān)非圓信號(hào)的DOA估計(jì)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。目前已有關(guān)于利用陣列天線處理非圓信號(hào)的一些方法被提出，比較有代表性的是Zhangmeng Liu等人發(fā)表的論文“Direction-of-arrival estimation of noncircular signals via sparse representation”(《IEEETransactions on aerospace and electronic systems》,VOL 48,No.3,pp.2690-26982012.07)中公開了一種利用壓縮感知求解進(jìn)行非圓信號(hào)DOA估計(jì)的方法，該方法是基于均勻陣列的。

另一方面，為了在較少的陣元條件下得到盡量大的角度自由度，檢測(cè)更多的信源，一些新的陣列結(jié)構(gòu)被提出，比較有代表性的是嵌套陣列以及互質(zhì)陣列。P Piya等人在其發(fā)表的論文“Nested Arrays:A Novel Approach to Array Processing With EnhancedDegrees of Freedom”(《IEEE transactions on signal processing》,VOL 58,NO.8,August 2010)中公開了一種基于嵌套陣列的DOA估計(jì)方法，該方法能夠使用M+N個(gè)陣元，生成2MN+2N-1個(gè)虛擬陣元，可檢測(cè)MN+N-1個(gè)信號(hào)。該方法具有估計(jì)多于陣元數(shù)目的信號(hào)數(shù)的能力，但是，該陣列的討論都集中在接收信號(hào)為圓信號(hào)的條件下，對(duì)于如何利用該陣列進(jìn)行非圓信號(hào)的處理目前還沒有研究。

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于具有非圓信號(hào)，在給定一定數(shù)量陣元的環(huán)境下，如果不能合理利用這些陣元以及信號(hào)的非圓特性，就不能估計(jì)足夠多的信號(hào)，造成偵察和定位資源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種基于壓縮感知的非圓信號(hào)波達(dá)方向角估計(jì)方法，以在非圓信號(hào)環(huán)境下，利用嵌套陣列進(jìn)行信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)，避免因不能合理利用陣元和信號(hào)特性造成的資源浪費(fèi)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案包括如下：

(1)用M+N個(gè)天線接收機(jī)形成嵌套陣列，其中M、N分別表示兩個(gè)天線接收陣列的陣元數(shù)，其取值范圍為M≥1，N≥1；

(2)假設(shè)空間中有K個(gè)非圓目標(biāo)信號(hào)，通過(guò)采樣和濾波得到嵌套陣列輸出信號(hào)：Y(t)＝[y₁(t),…,y_i(t),…,y_M+N(t)]^T，其中，y_i(t)表示嵌套陣列的第i個(gè)陣元的輸出信號(hào)，t的取值范圍是1≤t≤L，L表示快拍數(shù)，i的取值范圍是1≤i≤M+N，(·)^T表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算；