[發明專利]一種基于壓縮感知理論的四維天線陣DOA估計方法

有效

• 申請號: 201811444887.8
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109581277B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 楊仕文;楊鋒;陳科錦;孫磊;龍偉軍;李斌;陳益凱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14;G01S3/78
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 王荔

本發明公開了一種基于壓縮感知理論的四維天線陣DOA估計方法。這種方法通過建立四維天線陣DOA估計的稀疏信號模型，可以發現時序對稀疏信號恢復具有重要影響，一個不合適的時序很可能使得經時間調制后的噪聲變為色噪聲，嚴重惡化稀疏信號恢復能力。因此，引入矩陣相關性和噪聲協方差矩陣定量地分析了不同時序對稀疏信號恢復和噪聲的影響，在此基礎上利用差分進化算法建立了針對時序的優化模型。并把應用于傳統陣中的基于l₁范數奇異值分解的稀疏信號恢復算法擴展到四維天線陣中，結合優化的時序進行四維天線陣DOA估計。數值仿真結果表明本發明中的方法在分辨率特性和精確性特性方面相比其他四維陣DOA估計方法具有很大優勢，尤其是在低信噪比、小快拍數條件下。

技術領域

本發明屬于天線技術及信號處理領域，涉及到如何利用四維天線陣來進行DOA估計，具體來說是利用四維天線陣的時間調制效應帶來的頻域邊帶信號與中心頻率信號構成信號空間，利用實際入射信號是有限的固有特點建立稀疏信號恢復信號模型，利用壓縮感知理論優化控制開關通斷的時序，實現四維天線陣高性能DOA估計。

背景技術

DOA估計又叫做波達方向估計，指的是利用陣列天線接收電磁波信號來獲取目標或者信源相對陣列天線的角度信息，包括角度和數量等等。隨著電子技術的迅猛發展，DOA估計被廣泛的利用于目標追蹤、偵查、電子對抗、移動通信系統等等之中。在過去的幾十年中，對于高精度、低復雜性的DOA估計方法的研究倍受研究者青睞。提出多種DOA估計方法，比如比幅法、多普勒方法、干涉法和空間譜估計方法，在這些方法中，由于空間譜估計方法具有較高的估計精度，研究者對其進行了大量的研究，主要包括MUSIC算法，ESPRIT算法、最大似然法等。然而這類算法在低信噪比、低快拍數、相近信號入射條件下估計性能會發生惡化，而且不通過一些額外的處理，不能用于估計相關信號入射情形。為了解決這些問題，研究人員基于壓縮感知理論或者稀疏信號恢復提出了新的一類估計方法，這個方法利用了入射信號個數相對于整個空間來說是有限的這一固有特點，入射信號在整個空間離散化后構成的過完備基下是稀疏的，壓縮感知理論告訴我們如果這個過完備基滿足一定條件，在低信噪比、低快拍數的條件下，我們仍然可以恢復出稀疏信號，進而獲取來波入射方向。于是各種基于壓縮感知理論的DOA估計算法迅速發展起來，從選用的稀疏恢復算法上看，主要包括：l₁范數奇異值分解法、加權的l_2,0范數奇異值分解法、貝葉斯壓縮感知策略等。值得注意的是上述所說方法都是用于傳統陣DOA估計。例如，在專利公開號為CN107450047A的“嵌套陣下基于未知互耦信息的壓縮感知DOA估計方法”公開了一種不需要知道互耦信息，具有自由度高，分辨性能優良，能夠處理比物理陣元數更多的入射信號的DOA估計方法，但對于大規模陣列，系統復雜度較高，需處理的數據較大。