[發明專利]一種已知波形信源的波達方向估計方法

有效

• 申請號: 201811644418.0
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN111381208B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 董陽陽;董春曦;饒鮮;孫霆;畢斯威;葉強;劉明明;唐崢釗;暢鑫
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 張捷

1.一種已知波形信源的波達方向估計方法，其特征在于，包括：

S1：獲取包含已知波形信源的已知波形信號的陣列接收數據矩陣；

S2：根據所述陣列接收數據矩陣獲取初始空域特征矩陣和初始旋轉不變向量；

S3：根據所述初始空域特征矩陣和所述初始旋轉不變向量計算高精度旋轉不變向量；

S4：根據所述高精度旋轉不變向量得到所述已知波形信號的角度估計值；

所述S1包括：

S11：利用由M個天線構成的一維均勻天線陣列接收來自Q個已知波形信源的Q個已知波形信號；

S12：對每個天線接收到的所述Q個已知波形信號分別按照奈奎斯特采樣定理進行采樣，生成陣列接收數據矩陣X；

所述S2包括：

S21：根據所述陣列接收數據矩陣X計算得到所述初始空域特征矩陣B₀，計算公式為：

B₀＝XS^T(SS^T)^-1，

其中，S為已知波形矩陣，上標T表示矩陣共軛轉置操作，上標-1表示矩陣求逆操作；

S22：根據所述初始空域特征矩陣B₀計算得到所述初始旋轉不變向量φ₀，計算公式為：

φ₀＝invdiag{(J₁B₀)^#J₂B₀}，

其中，invdiag{·}表示取矩陣對角線元素構造列向量，J₁表示上選擇矩陣：J₁＝[I_M-1,0_(M-1)×1]，J₂表示下選擇矩陣：J₂＝[0_(M-1)×1,I_M-1]，I_M-1表示維數為(M-1)×(M-1)的單位矩陣，0_(M-1)×1表示維數為(M-1)×1的零矩陣，上標#表示矩陣偽逆；

所述S3包括：

S31：根據所述初始空域特征矩陣B₀和所述初始旋轉不變向量φ₀計算增量向量g，計算公式為：

g＝-H^#f，

其中，H為系數矩陣，f為差量向量，上標#表示矩陣偽逆操作；

S32：根據所述增量向量g計算旋轉不變增量向量Δφ，計算公式為：

Δφ＝g(1:Q)+j·g(Q+1:2Q)，

其中，Q表示所述已知波形信號的數目，j表示虛數單位，g(1:Q)表示選取所述增量向量g的第1個元素到第Q個元素構造的向量，g(Q+1:2Q)表示選取所述增量向量g的第Q+1個元素到第2Q個元素構造的向量；

S33：根據所述初始旋轉不變向量φ₀和所述旋轉不變增量向量Δφ計算所述高精度旋轉不變向量φ，計算公式為：

φ＝φ₀+Δφ。

2.根據權利要求1所述的一種已知波形信源的波達方向估計方法，其特征在于，所述系數矩陣H的表達式為：

其中，I_Q為維數Q×Q的單位矩陣，⊙為矩陣Khatri-Rao積，上標表示取矩陣或向量的實數部分構造新的矩陣或向量，上標表示取矩陣或向量的虛數部分構造新的矩陣或向量，diag{·}表示將向量中的各數據元素放置在矩陣的對角線構造對角矩陣的操作，表示矩陣Kronecker積，0_Q×MQ為維數Q×MQ的零矩陣。

3.根據權利要求2所述的波達方向估計方法，其特征在于，所述差量向量f的表達形式為：

其中，vec{·}表示將矩陣沿著列拉直為向量的操作，I_Q為維數Q×Q的單位矩陣，為矩陣Hadamard積，1_Q×1表示維數Q×1的元素全為1的向量。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的波達方向估計方法，其特征在于，所述S4包括：

利用所述高精度旋轉不變向量φ計算所述已知波形信源的角度估計值，計算公式為：

其中，為第q個所述已知波形信號的角度估計值，arcsin{·}表示反正弦函數，angle{·}表示取復數的相角，φ_q表示所述高精度旋轉不變向量φ的第q個元素，q＝1,2,…,Q，λ表示所述已知波形信號的波長，d為所述一維均勻天線陣中相鄰天線的間距。