[發(fā)明專利]一種基于稀疏重構(gòu)的超嵌套陣列波達方向估計方法

在審

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• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN109143153A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁菁;張健;段珍珍;張洋;趙晨凱;任杰
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 徐金瓊

本發(fā)明公開了一種基于稀疏重構(gòu)的超嵌套陣列波達方向估計方法，涉及陣列信號處理領(lǐng)域；其包括步驟1：將遠場不相干信號入射到已構(gòu)造的超嵌套陣列結(jié)構(gòu)獲得陣列接收信號；步驟2：向量化陣列接收信號的協(xié)方差矩陣獲得虛擬傳感器的接收信號；步驟3：將虛擬傳感器的接收信號進行稀疏獲得優(yōu)化函數(shù)后求解優(yōu)化函數(shù)獲得估計值；步驟4：根據(jù)估計值和已劃分的網(wǎng)格點構(gòu)建空間功率譜后通過搜索估計信號的方向角；本發(fā)明解決了現(xiàn)有嵌套陣列波達方向估計方法因采用空間平滑算法需要對連續(xù)的傳感器劃分為相互重疊的子陣列導致自由度降低的問題，達到了利用陣列間產(chǎn)生的虛擬傳感器增加陣列的自由度，使用稀疏重構(gòu)算法最大限度增加估計信源數(shù)，降低誤差的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列信號處理領(lǐng)域，尤其是一種基于稀疏重構(gòu)的超嵌套陣列波達方向估計方法。

背景技術(shù)

波達方向(Direction of Arrival，DOA)估計指估計空域中接收到的信號的來波方向，是陣列信號處理中一個主要的研究方向，陣列信號接收模型對波達方向估計尤為重要；現(xiàn)有技術(shù)中基于MUSIC方法及空間平滑算法，N個陣元的均勻線性陣列最多能估計到N-1個信號源的方向，且均勻線性陣列陣元之間存在著嚴重的耦合，使得估計精度大大下降；相互耦合指相鄰傳感器對傳感器的輸出信號會產(chǎn)生影響，傳感器陣元之間的間距越小，相互耦合會越大；當信源數(shù)大于陣元數(shù)時，采用均勻線性陣列無法探測到所有的信源，因此提出互質(zhì)陣列和嵌套陣列，這兩種陣列結(jié)構(gòu)利用實際傳感器之間的位置差產(chǎn)生虛擬傳感器，從而增加了陣列的自由度，自由度定義為陣列中傳感器陣元的個數(shù)，包含實際傳感器和虛擬傳感器；因此針對嵌套陣列利用空間平滑算法進行波達方向估計時，能實現(xiàn)估計的信源數(shù)大于陣元數(shù)；但是空間平滑算法需將連續(xù)的傳感器陣列劃分為多個相互重疊的子陣列，通過各個子陣列信號協(xié)方差矩陣相加平均后進行波達方向估計，使得實際可用的自由度減少一半；所以在進行波達方向估計時，需要考慮陣列自由度以及陣元之間的相互耦合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：本發(fā)明提供了一種基于稀疏重構(gòu)的超嵌套陣列波達方向估計方法，解決了現(xiàn)有嵌套陣列波達方向估計方法因采用空間平滑算法需要對連續(xù)的傳感器劃分為相互重疊的子陣列導致自由度降低的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于稀疏重構(gòu)的超嵌套陣列波達方向估計方法，包括如下步驟：

步驟1：將遠場不相干信號入射到已構(gòu)造的超嵌套陣列結(jié)構(gòu)獲得陣列接收信號；

步驟2：向量化陣列接收信號的協(xié)方差矩陣獲得虛擬傳感器的接收信號；

步驟3：將虛擬傳感器的接收信號進行稀疏獲得優(yōu)化函數(shù)后求解優(yōu)化函數(shù)獲得估計值；

步驟4：根據(jù)估計值和已劃分的網(wǎng)格點構(gòu)建空間功率譜后通過譜峰搜索估計信號的方向角。

優(yōu)選地，所述步驟1包括如下步驟：

步驟1.1：根據(jù)公式1-3構(gòu)造超嵌套陣列結(jié)構(gòu)，公式1-3如下：

S＝X₁UX₂UX₃UX₄UX₅UX₆(1)

其中，N＝N₁+N₂表示陣列傳感器陣元數(shù)，N₁≥4，N₂≥3，X_i表示傳感器陣元位置， A_i、B_i和r表示計算陣元位置的輔助參數(shù)；

步驟1.2：將D個遠場窄帶不相干信號從不同方向入射到超嵌套陣列獲得陣列接收信號 x[k]，計算公式如下：

x[k]＝As[k]+n[k](4)