[發明專利]基于常規波束形成的來波方向稀疏重構方法

有效

• 申請號: 202010144833.0
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111431575B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 張居成;崔宏宇;韓云峰;孫大軍;鄭翠娥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08;G01S3/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 時起磊

基于常規波束形成的來波方向稀疏重構方法，屬于DOA估計技術領域。本發明是為了解決DOA估計中現有的稀疏重構算法存在冗余字典的設計依賴陣列的幾何結構而導致稀疏重構算法對陣列誤差的魯棒性較差的問題。本發明所述方法利用基陣接收目標發射的信號，得到期望波束的指向對應的基陣的輸出信號；根據期望波束的指向對應的基陣的輸出信號得到基陣在方向處的功率譜進而通過常規波束形成算法計算陣列接收信號的空間譜將角度空間進行均勻劃分，入射信號是其中的一個角度值，基于接收信號的空間譜，通過正交匹配跟蹤算法估計目標方位。主要用于估計目標方位。

技術領域

本發明涉及波束形成的來波方向稀疏重構方法。屬于DOA估計技術領域。

背景技術

信號的波達方向(direction of arrival,DOA)估計技術在通信、雷達、聲納、地震等領域有著廣泛的應用，在國防軍事和國民經濟領域發揮著越來越重要的作用。目前常見的方位估計算法有波束形成法、子空間法、稀疏重構法。

波束形成法的基本原理為利用設計的波束在空間內進行掃描，從而得到空間譜，即信號在空間方向上的能量分布，根據空間譜即可判斷信號的入射方向。，但是常規波束形成算法受限于“瑞利限，即無法分辨處于一個波束寬度內的信號，其角度分辨率取決于陣列尺寸，陣列尺寸越大，波束寬度越窄，則角度分辨率越好。然而實際應用中，陣列尺寸不可能無限增大。為了突破瑞利限的限制，進一步提高DOA估計的角度分辨率，有學者提出了子空間類算法，最為經典的是多重信號分類(MUSIC)算法和旋轉不變子空間(ESPRIT)算法，子空間類算法利用了陣列信號的二階統計量即協方差矩陣，先對其進行分解，從特征向量中重構出信號子空間和噪聲子空間，然后利用信號子空間和噪聲子空間的特性估計信號方位，極大的提高了角度分辨率。子空間類算法的缺點為由于其利用了信號的二階統計量，因此計算量較大。近年來，稀疏重構算法在DOA估計領域得到了廣泛的應用，相比傳統的DOA估計算法，稀疏重構算法能夠在少快拍數、低信噪比和相關信源等不利條件下具有良好的性能。稀疏重構算法利用陣列信號的空間稀疏特性，設計一個完備的冗余字典，字典中的每一列稱為‘原子’，通過字典中的原子的線性組合重構信號，從而估計信號的方位。冗余字典的設計依賴陣列的幾何結構因此稀疏重構算法對陣列誤差的魯棒性較差。

發明內容

本發明是為了解決DOA估計中現有的稀疏重構算法存在冗余字典的設計依賴陣列的幾何結構而導致稀疏重構算法對陣列誤差的魯棒性較差的問題。進而提出一種基于常規波束形成的來波方向稀疏重構方法。

基于常規波束形成的來波方向稀疏重構方法，包括以下步驟：

利用基陣接收目標發射的信號，得到期望波束的指向對應的基陣的輸出信號；

根據期望波束的指向對應的基陣的輸出信號得到基陣在方向處的功率譜進而通過常規波束形成算法計算陣列接收信號的空間譜

將角度空間進行均勻劃分，入射信號是其中的一個角度值，基于接收信號的空間譜，通過正交匹配跟蹤算法估計目標方位。

進一步地，所述利用基陣接收目標發射的信號得到的信號為：

X(t)＝[x₁(t),x₂(t),...,x_N(t)]

其中，接收信號X(t)是一個N×L的矩陣，L為接收信號的快拍數；x_k(t)表示每個基元對應的接收信號，k＝1,2,...,N。

進一步地，所述接收目標發射信號的基陣是由N個基元組成均勻直線陣列。

進一步地，所述基陣的相鄰陣元間距為接收信號波長的一半。

進一步地，所述基陣的陣元個數大于待測目標的個數。

進一步地，所述基陣的輸出信號為：