[發明專利]一種基于平行嵌套陣的二維DOA估計方法

有效

• 申請號: 201811347947.4
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109490820B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 牟仕林;鄭植;楊瀟;楊朝麟;黃逸瀟
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙) 51238
• 代理人: 胡琳梅

本發明提出一種基于平行嵌套陣的二維DOA估計方法，包括以下步驟：計算第一子陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣和第二子陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣；計算所述第一子陣虛擬優化陣接收信號與所述第二子陣虛擬優化陣接收信號的互相關矩陣以及第二子陣虛擬優化陣與第一子陣虛擬優化陣的互相關矩陣；計算平行嵌套陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣；計算入射信號cosα的估計值；計算cosβ的估計值；計算第K個信號的方位角的估計值和俯仰角的估計值。本發明使用稀疏陣的所有虛擬陣元來進行估計，突破了可估計信號數不能超過子陣數的限制。

技術領域

本發明屬于無線通信和雷達信號處理技術領域，具體涉及一種基于平行嵌套陣的二維DOA估計方法。

背景技術

隨著空分多址技術和智能天線技術的發展，利用信號的波達方向(DOA)完成信號的空域捕獲和跟蹤吸引了大量國內外學者的研究，尤其是在雷達、聲吶、導航、通信、射電天文學等諸多領域。

現有的DOA估計方法大多基于傳統滿陣，即天線陣列相鄰陣元的間距不得超過入射信號的半波長。但是，滿陣由于陣元間距的限制，若想增大陣列孔徑、提升DOA估計精度和分辨率就必須增加陣元數目，因此，會造成系統過于復雜和系統成本的增加。鑒于傳統滿陣存在的上述問題，又提出了稀疏陣，即存在陣元間距大于半波長的陣列。與傳統滿陣相比，在陣元數目相同的情況下，稀疏陣擁有更大的陣列孔徑以及更小的陣元互耦，提高了DOA估計精度、分辨率和最大可處理的信號數。另一方面，在陣列孔徑相同的條件下，稀疏陣所需的陣元數更少，這意味著更小規模的接收系統和信號處理系統等，極大地降低了系統成本。

目前基于稀疏陣的DOA估計主要是一維DOA估計。但在實際應用中僅有一維DOA信息是遠遠不夠的，例如：移動通信等數據傳輸的過程中往往需要知道入射信號的二維DOA信息，即方位角和俯仰角。現有的二維DOA估計方法大多是基于陣元間距等于半波長的簡化面陣，如L形陣列、雙平行線陣、十字形陣列等。其中，雙平行線陣由于結構簡單、易于實現、具有較強的方法適用性等優點得到了廣泛的關注和應用。

目前，基于雙平行線陣的二維DOA估計存在以下缺點：估計的信號數不能超過子陣數目，自由度較低；需要額外的額配對算法；譜峰搜索帶來了巨大計算量，計算復雜度較高；估計精度和分辨率較低等等。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于平行嵌套陣的二維DOA估計方法。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于平行嵌套陣的二維DOA估計方法，該平行嵌套陣包括兩個相同的稀疏非均勻嵌套陣，包括第一子陣和第二子陣，該二維DOA估計方法包括以下步驟：

根據所述第一子陣的接收信號的矢量x₁(t)與第二子陣的接收信號的矢量x₂(t)分別計算第一子陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣和第二子陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣

計算所述第一子陣虛擬優化陣接收信號與所述第二子陣虛擬優化陣接收信號的互相關矩陣以及第二子陣虛擬優化陣與第一子陣虛擬優化陣的互相關矩陣

根據所述第一子陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣和第二子陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣以及第一子陣虛擬優化陣接收信號與所述第二子陣虛擬優化陣接收信號的互相關矩陣和所述第二子陣虛擬優化陣與第一子陣虛擬優化陣的互相關矩陣計算平行嵌套陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣；

根據所述平行嵌套陣虛擬優化陣接收信號的自相關矩陣計算入射信號cosα與y軸夾角的估計值

根據所述入射信號cosα與y軸夾角的估計值計算入射信號cosβ與x軸夾角的估計值

根據所述入射信號cosα與y軸夾角的估計值與所述入射信號cosβ與x軸夾角的估計值計算第K個信號的方位角的估計值和俯仰角的估計值