[發明專利]一種基于差分共陣的嵌套陣列快速DOA估計方法與裝置

在審

• 申請號: 202010734907.6
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111983552A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 賴欣
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

1.一種基于差分共陣的嵌套陣列快速DOA估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)設置天線陣列，通過嵌套陣列對接收信號進行采樣；

(2)計算接收信號的協方差矩陣，并對其進行矢量化操作，重構為一維向量；

(3)按照差分共陣的陣元順序對一維向量進行排序，得到差分共陣的接收信號；

(4)由差分共陣的接收信號，構造DFT譜，搜索譜峰并計算得到DOA估計的粗估計；

(5)將DTF粗估計結果代入泰勒展開式并求解精確的DOA估計。

2.根據權利要求1所述的基于泰勒展開的嵌套陣列快速DOA估計方法，其特征在于，所述步驟(2)包括：

對于第z個陣元，其接收信號模型為：

其中，a(θ_k)是入射角為θ_k的信號的方向向量，在時刻t，S_k(t)為第k個信號入射到陣列的信號包絡，n_z(t)為相互獨立的零均值加性高斯白噪聲；

對于整個陣列而言，有：

X(t)＝A(θ)S(t)+N(t)

其中，A(θ)為信號的方向向量矩陣，S(t)為信號包絡矩陣，N(t)為噪聲矩陣；

按下式計算得到接收信號協方差矩陣：

R＝XX^H/J

其中J為快拍數；

對協方差矩陣進行矢量化操作得到列向量x：

x＝vec(R)。

3.根據權利要求1所述的基于泰勒展開的嵌套陣列快速DOA估計方法，其特征在于，所述差分共陣的陣元順序是由嵌套陣列陣元所在位置集合的差集元素與矢量化后的一維向量元素的對應關系得到。

4.根據權利要求1所述的基于泰勒展開的嵌套陣列快速DOA估計方法，其特征在于，所述DFT譜由差分共陣的接收信號經DFT變換后得到。

5.根據權利要求1所述的基于泰勒展開的嵌套陣列快速DOA估計方法，其特征在于，所述步驟(4)包括：

構建歸一化DFT矩陣：

其中其中M₀為差分共陣的陣元數；

計算得到DFT空間譜：

其中第q個元素表示為：

其中θ_k表示第k個信號的入射角；

搜索P的前k個最大峰值得到初始角度的粗估計：

其中K表示信源總數。

6.根據權利要求1所述的基于泰勒展開的嵌套陣列快速DOA估計方法，其特征在于，所述步驟(5)包括：

將信號模型通過泰勒展開表示為：

其中w_θ＝Λ_θp，p為重排序后的信號包絡矩陣，Λ_θ＝diag(ζ_θ1，...，ζ_θK)，為初始角度的粗估計，n表示噪聲，C表示重排序后的信號方向向量矩陣；

通過最小二乘法求解，計算得到：

從而計算得到：Λ_θ＝w_θ./p；

由下式計算精確的角度估計：

7.一種基于差分共陣的嵌套陣列快速DOA估計裝置，其特征在于，包括：

信號采樣模塊，用于設置天線陣列，通過嵌套陣列對接收信號進行采樣；

重構模塊，用于計算接收信號的協方差矩陣，并對其進行矢量化操作，重構為一維向量；

排序模塊，用于按照差分共陣的陣元順序對一維向量進行排序，得到差分共陣的接收信號；

粗估計模塊，用于由差分共陣的接收信號，構造DFT譜，搜索譜峰并計算得到DOA估計的粗估計；

精估計模塊，用于將DTF粗估計結果代入泰勒展開式并求解精確的DOA估計。

8.根據權利要求7所述的基于泰勒展開的嵌套陣列快速DOA估計裝置，其特征在于，所述差分共陣的陣元順序是由嵌套陣列陣元所在位置集合的差集元素與矢量化后的一維向量元素的對應關系得到。