[發(fā)明專利]部分陣元損壞的均勻面陣張量重構(gòu)方法及信源定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810932079.X
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109143151B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛超;張小飛;林新平;何浪;周夢婕
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01S3/00
• 分類號: G01S3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張耀文

本發(fā)明提供了部分陣元損壞的均勻面陣張量重構(gòu)方法，包括以下步驟：步驟1：在測定場景內(nèi)布置陣列天線獲得接收信號并構(gòu)建接收信號張量模型；步驟2：將步驟1得到的張量模型沿三個方向展開分別得到一個接收信號矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣和兩個觀測矩陣；步驟3：利用步驟2得到的任一個觀測矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)全；步驟4：利用補(bǔ)全后的觀測矩陣進(jìn)行反向折疊得到接收信號張量模型；步驟5：重復(fù)步驟2將步驟4得到的張量模型進(jìn)行展開得到填充后的矩陣。本發(fā)明還提供了使用該張量重構(gòu)方法進(jìn)行信源定位的方法。本發(fā)明提供的部分陣元損壞的均勻面陣張量重構(gòu)方法及信源定位方法的優(yōu)點在于：降低了計算復(fù)雜度、提高了計算精度，具有良好的推廣前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號處理和利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及部分陣元損壞的均勻面陣張量重構(gòu)方法及信源定位方法。

背景技術(shù)

波達(dá)方向(DOA)估計是陣列信號處理領(lǐng)域的主要內(nèi)容，在信號處理、雷達(dá)、聲吶、地震勘測和方向檢測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。隨著陣列天線技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機(jī)計算能力的不斷提升，大規(guī)模面陣下的DOA估計具有廣泛的應(yīng)用價值。在進(jìn)行DOA估計時要現(xiàn)在場景內(nèi)布置呈二維分布的陣列傳感器接收信號，但由于陣列中傳感器規(guī)模較大，傳感器的損壞和異常工作也就不可避免，這會導(dǎo)致得到的接收信號數(shù)據(jù)部分損壞，原有的二維DOA估計算法性能便會下降，甚至當(dāng)受損的傳感器較多時，不能有效的實現(xiàn)信源波達(dá)方向的估計。在這種情況下，有效的恢復(fù)接收信號中由于陣元損壞而導(dǎo)致的部分缺失的數(shù)據(jù)便成了提升原有DOA估計算法性能的一種有效途徑。

矩陣填充理論是壓縮感知理論向二維空間的擴(kuò)展和衍生。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和信息化時代的到來，人們對數(shù)據(jù)的處理和分析能力得到了不斷的提升。但海量的數(shù)據(jù)往往更容易面臨部分?jǐn)?shù)據(jù)的損壞、缺失和污染等問題。作為解決這些問題的一種有效途徑，矩陣填充被廣泛應(yīng)用于信號處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像重建和人工智能等領(lǐng)域。低秩矩陣填充是利用矩陣低秩的性質(zhì)，將矩陣的秩最小化問題轉(zhuǎn)化成與之對應(yīng)的核范數(shù)最小化問題。

由均勻面陣下的接收信號模型得到的接收信號矩陣的秩在沒有噪聲的情況下等于信源數(shù)，而大規(guī)模面陣中信源數(shù)遠(yuǎn)小于陣列中的傳感器個數(shù)，因而在無噪情況下接收信號矩陣是低秩的，而在信噪比較高的情況下接收信號矩陣是近似低秩的。利用這一特性，可以將低秩矩陣填充理論應(yīng)用到接收信號矩陣中實現(xiàn)對缺失數(shù)據(jù)的恢復(fù)，進(jìn)而提升DOA估計算法的性能。目前常見的方法是通過對接收信號數(shù)據(jù)構(gòu)造Hankel矩陣，但在構(gòu)造Hankel矩陣的過程中增加了需要處理的數(shù)據(jù)量，增加了運算復(fù)雜度。如何采取有效的方法直接利用已有的數(shù)據(jù)對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全有待進(jìn)一步的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠在大規(guī)模均勻面陣下有部分傳感器陣元損壞時進(jìn)行張量重構(gòu)得到接收信號矩陣，并根據(jù)重構(gòu)得到的接收信號矩陣進(jìn)行信源定位的方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：

部分陣元損壞的均勻面陣張量重構(gòu)方法，包括以下步驟：

步驟1：在測定場景內(nèi)布置陣列天線獲得接收信號并構(gòu)建接收信號張量模型；

步驟2：將步驟1得到的張量模型沿三個方向展開分別得到一個接收信號矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣和兩個觀測矩陣；

步驟3：利用步驟2得到的任一個觀測矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)全；

步驟4：利用補(bǔ)全后得到的生成矩陣進(jìn)行反向折疊得到新的折疊張量模型；

步驟5：重復(fù)步驟2將步驟4得到的張量模型進(jìn)行分解得到轉(zhuǎn)置矩陣。

優(yōu)選地，步驟2所述的張量模型分解得到矩陣的方法為：

假設(shè)是一個大小為I×J×K的三維張量，且秩為R，CANDECOMP/PARAFAC(CP)張量分解方法可以將張量分解成R個rank-1張量；則張量可由下述向量外積得到：