[發明專利]嵌套陣下基于DFT的DOA估計方法

在審

• 申請號: 201710609970.5
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107505602A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 時娜;鄭旺;張小飛;徐樂;孫友;李竟銘;施展
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/292
• 分類號: G01S7/292
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 曹蕓

技術領域

本發明涉及一種嵌套陣下基于離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform，DFT)的波達方向(Direction of Arrival,DOA)估計方法，屬于陣列信號處理領域。

背景技術

隨著陣列信號處理技術的發展，學者們提出了一種非均勻的嵌套陣結構，且證明了具有P個傳感器的嵌套陣列的自由度可達到O(P²)。基于壓縮感知的角度估計算法利用了嵌套陣列完整自由度，其角度估計性能較好但復雜度很高；而空間平滑方法,如基于空間平滑多重信號分類(Multiple Signal classification,MUSIC)和借助旋轉不變性進行參數估計(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)兩種方法只能用于均勻線性陣列，并且會顯著地減少自由度。

發明內容

本發明提出了一種嵌套陣下基于DFT的DOA計方法，能夠充分利用嵌套陣的完整自由度，且復雜度較低。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種嵌套陣下基于DFT的DOA估計方法，包括如下步驟：

(1)按照嵌套陣列陣元位置的計算公式，確定陣列流型；

(2)匹配濾波回波信號，在雷達的每個發射脈沖重復周期內，匹配濾波嵌套陣列所有接收陣元上的回波信號，得到匹配濾波后的接收信號矩陣x(t)；

(3)計算接收信號的協方差矩陣并得到連續的虛擬陣列接收數據y_v；

(4)對虛擬陣列接收數據y_v進行DFT運算后得到接收數據譜z，搜索接收數據譜z的K個峰值得到角度初始估計k＝1,2,…,K，K為信號源數目；

(5)計算旋轉接收矢量z^ro，在較小區域內-π/N＜η＜π/N搜索旋轉矢量z^ro的K個峰值以獲得最佳相移η_k,k＝1,2,…,K，K為信號源數目；

(6)利用最佳相移η_k計算精細的DOA估計。

步驟(1)中所述嵌套陣列的陣元位置的計算公式如下：

L_s＝{md₁|m＝0,1,…,M₁-1}∪{M₁d₁+nd₂|n＝0,1,…,M₂-1},

其中M₁和M₂分別第一級線性子陣和第二級線性子陣的陣元數目；d₁＝λ/2和d₂＝(M₁+1)d₁為第一級和第二級子陣的陣元間距，λ為波長。

本發明的有益效果如下：

①對比嵌套陣下基于空間平滑的方法，本發明利用了嵌套陣列的完整自由度從而能夠應用于更多的信源估計。

②對比嵌套陣下基于空間平滑ESPRIT(Spatial Smoothing ESPRIT,SS-ESPRIT)和空間平滑(Spatial Smoothing MUSIC,SS-MUSIC)兩種方法，本發明具有更好的DOA估計性能。

③本發明復雜度較低。

附圖說明

圖1是本發明的數據結構圖。

圖2是不同快拍數下的各個方法復雜度對比圖。

圖3是不同信噪比下的各個方法RMSE性能的對比圖。

圖4是不同快拍數下的各個方法RMSE性能的對比圖。

圖5是不同陣元數下的各個方法RMSE性能的對比圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

二級嵌套陣由兩個線性子陣構成，如圖1所示。第一級線性子陣的陣元數為M₁，且陣元間隔為d₁＝λ/2；第二級線性子陣的陣元數為M₂，且陣元間隔為d₂＝(M₁+1)d₁，其中λ為波長。兩個子陣列之間的間距為d₁，總陣元數為M＝M₁+M₂。該嵌套陣列的各個陣元位置為：