[發(fā)明專利]一種提高陣列自由度和虛擬孔徑的陣列設置方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010010591.6
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111142064B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 毋凡;曹菲;占建偉;張艷紅;許劍鋒;秦建強;張輝;馮曉偉;倪小剛;王蓓;李振華;陳沖;薛春嶺
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14;G01S3/04
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 石淑珍

本發(fā)明屬于陣列信號處理技術領域，具體涉及一種提高陣列自由度和虛擬孔徑的陣列設置方法。首先，根據(jù)給定的任意陣元數(shù)W確定兩個線性子陣的陣元數(shù)量m和n；其次，根據(jù)m和n確定兩個線性子陣的陣列間隔dsubgt;m/subgt;和dsubgt;n/subgt;；最后根據(jù)m、n、dsubgt;m/subgt;和dsubgt;n/subgt;分別確定兩個線性子陣的陣元位置。本發(fā)明與傳統(tǒng)互質陣列相比具有更大的虛擬陣元個數(shù)、連續(xù)虛擬陣元個數(shù)和陣列物理孔徑，可以實現(xiàn)任意數(shù)陣元的陣列設置，可實現(xiàn)入射信號源數(shù)大于陣元數(shù)情況下的DOA估計。在相同陣元數(shù)情況下，本發(fā)明與傳統(tǒng)互質陣列相比具有更多的信源到達角估計能力和更低的DOA估計均方根誤差。本發(fā)明設計簡單、合理、可行性高，能有效解決傳統(tǒng)互質陣列物理孔徑小的實際問題。

技術領域

本發(fā)明屬于陣列信號處理領域，涉及一種提高陣列自由度和虛擬孔徑的陣列設置方法。

背景技術

波達方向(Direction?of?arrival,DOA)估計是雷達、聲吶、地震和無線電通信處理領域內的一個重要研究內容。對于一個線性陣列采用傳統(tǒng)的子空間類方法如多重信號分類(Multiple?signal?classification,MUSIC)和多尺度旋轉不變因子(Estimation?ofsignal?parameters?via?rotational?invariant?techniques,ESPRIT)可以實現(xiàn)最多W-1個信號源的DOA估計。對于信號源數(shù)大于陣元數(shù)的欠定DOA估計問題，通常是利用等效的虛擬陣列提高陣列的自由度(Degrees?of?freedom,DOFs)，該虛擬陣列是通過對陣列接收信號的協(xié)方差矩陣向量化來構造的，通常，增大陣列物理孔徑、虛擬陣元個數(shù)和連續(xù)虛擬陣元個數(shù)可以實現(xiàn)DOA估計性能的改善。目前主要有最小冗余陣列、最小空洞陣列、嵌套陣列和互質陣列等四種稀疏陣列可以有效提高陣列孔徑、虛擬陣元個數(shù)和連續(xù)虛擬陣元個數(shù)。最小冗余陣列和最小空洞陣列由于沒有閉式解，因而無法給出任意陣元數(shù)的陣元位置；嵌套陣列的第一級子陣為密集陣列，因而容易產生嚴重的互耦，限制了其應用的范圍；互質陣列相對來說陣元間距較大，產生的互耦較小，但是其物理孔徑較小、虛擬陣列個數(shù)少、連續(xù)虛擬陣元個數(shù)少，對提高陣列角度分辨率和信源個數(shù)不利，且陣列設計的前提是尋找滿足條件的互質數(shù)，不易給出任意數(shù)陣元的陣元位置閉式解。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提出一種提高陣列自由度和虛擬孔徑的陣列設置方法，解決了現(xiàn)有互質陣列虛擬陣元個數(shù)少、連續(xù)虛擬陣元個數(shù)少和物理孔徑不夠大的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明基于互質數(shù)原理提出了一種提高虛擬陣列的任意數(shù)陣元的陣列設置方法，可實現(xiàn)任意數(shù)陣元的陣列設置，且該陣列具有更高的物理孔徑、虛擬陣元個數(shù)和連續(xù)虛擬陣列個數(shù)。

現(xiàn)將本發(fā)明構思及技術解決方案敘述如下：

步驟1：根據(jù)給定的陣元數(shù)W確定改進型互質陣列兩個子陣的陣元數(shù)量m和n。

步驟2：根據(jù)m和n確定兩個子陣的陣列間隔d_m和d_n。

步驟3：根據(jù)m、n、d_m和d_n確定兩個子陣的陣元位置S_m和S_n。

步驟4：構成最終的改進型互質陣列，該陣列陣元位置可表示為S＝S_m∪S_n。

步驟1所述兩子陣列的陣元數(shù)量m和n為：

(1)當總陣元數(shù)W為3的倍數(shù)時，即表示為W＝3k，則令R＝k，n＝W-m，q＝0；

(2)當總陣元數(shù)W為3的倍數(shù)加1時，即表示為W＝3k+1，則令R＝k，n＝W-m，令，q＝1；

(3)當總陣元數(shù)W為3的倍數(shù)加2時，即表示為W＝3k+2，則令R＝k+1，n＝W-m，q＝2。