[發(fā)明專利]基于時間調(diào)制的互質(zhì)陣列系統(tǒng)及其DOA估計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010935107.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112182853A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 繆晨;馬越;吳文;蔣夢杰;唐輝;倪培雙;章文韜;岳爽
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

1.一種基于時間調(diào)制的互質(zhì)陣列系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括互質(zhì)陣列，陣列通過射頻開關(guān)進行調(diào)制，陣列的輸出信號通過帶通濾波進行分離，獲得基波和諧波。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時間調(diào)制的互質(zhì)陣列系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的陣列因子AF(θ,t)為：

其中，U_mn(t)為系統(tǒng)控制每個陣元開啟和關(guān)閉的時間函數(shù)，b_mn,h為U_mn(t)的傅里葉級數(shù)展開后的第(m,n)陣元h次諧波的傅里葉因子，

式中，h表示諧波級數(shù)，ω₀＝2πf₀為載頻信號的角頻率，f₀為載頻信號的頻率，k為波數(shù)，θ為信號方向，M和N分別為互質(zhì)陣列中兩個子陣的數(shù)目，兩個子陣各自陣元的間距分別為Nd和Md，τ_mn,on和τ_mn,off分別為第(m,n)個陣元每個周期內(nèi)的開啟、關(guān)閉時間，T_p為射頻開關(guān)的調(diào)制周期，F(xiàn)_p＝1/T_p為調(diào)制頻率，ω_p為調(diào)制信號的角頻率。

3.基于權(quán)利要求1至2任意一項所述的基于時間調(diào)制的互質(zhì)陣列系統(tǒng)的DOA估計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)建時間調(diào)制互質(zhì)陣列系統(tǒng)的信號模型；

步驟2，構(gòu)建虛擬陣列；

步驟3，基于虛擬陣列進行DOA估計。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DOA估計方法，其特征在于，步驟1所述構(gòu)建時間調(diào)制互質(zhì)陣列系統(tǒng)的信號模型，具體包括：

假設(shè)有L個遠場非相關(guān)窄帶信號入射到時間調(diào)制互質(zhì)陣列中，信號的載波頻率為f₀，系統(tǒng)接收的信號y(t)表示為：

式中，θ_l為第l個遠場非相關(guān)窄帶信號的入射角，s_l(t)為入射角度為θ_l的遠場目標的接收信號，w_mn(t)代表零均值、方差為σ²的高斯白噪聲；

結(jié)合上述系統(tǒng)的陣列因子AF(θ,t)，將系統(tǒng)接收的信號y(t)表示為y_h(t)：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DOA估計方法，其特征在于，步驟2所述構(gòu)建虛擬陣列，具體包括：

步驟2-1，假設(shè)信號快拍為i＝1,2,…,K，將上述信號y_h(t)表示為矩陣形式：

Y(i)＝B^T[AS(i)+N_e(i)]+N_o(i)

式中，A＝[a(θ₁),a(θ₂),…,a(θ_L)]為入射信號矢量矩陣，其中j＝1,2,…,L；S(i)＝[s₁(i),s₂(i),…,s_L(i)]^T表示源信號，N_e(i)表示具有不相關(guān)項的加性復高斯噪聲向量，N_o(i)表示由射頻開關(guān)和濾波器引起的噪聲矢量，Y(i)＝[y_-G(i),y_-G+1(i),…,y_G(i)]^T為各個諧波上接收到的信號，諧波的范圍為±G，數(shù)量為2G+1，諧波矩陣B為：

構(gòu)建接收信號的協(xié)方差矩陣

式中，代表源信號的協(xié)方差矩陣；

步驟2-2，將協(xié)方差矩陣矢量化：

式中，表示第l個信號源信號的功率，σ²表示噪聲信號的功率，

其中，G為虛擬陣列信號；

虛擬陣列元素的位置表示為：

S＝{±(mN-nM)d,0≤n≤N-1,0≤m≤M-1}。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DOA估計方法，其特征在于，步驟3所述基于虛擬陣列進行DOA估計，具體過程包括：

步驟3-1，將陣元數(shù)為M的子陣擴展為陣元數(shù)為2M的子陣，由此將虛擬陣列的連續(xù)部分-(M+N-1)d到(M+N-1)d變?yōu)?(MN+M-1)到-(MN+M-1)；

步驟3-2，假設(shè)G_c為虛擬陣列信號G的連續(xù)部分，將虛擬陣列表示為矩陣Z_c：

Z_c＝G_cP+σ²E_c

式中，E_c為連續(xù)部分的噪聲向量；

步驟3-3，將虛擬陣列的連續(xù)部分劃分為MN+1個子陣，每個子陣包括MN+1個陣元，第j個子陣表示為：

{(-j+o+1)d,o＝1,2,…,MN+M-1}

第j個子陣的矩陣Z_cj為：

Z_cj＝G_cjP+σ²E_cj

式中，G_cj表示為A_j、B_j分別表示方向矩陣和諧波矩陣，G_cj為諧波和方向矩陣共同構(gòu)成的空間矩陣，E_cj為噪聲矩陣；

步驟3-4，獲取第j個子陣的協(xié)方差矩陣R_j：

式中，表示Z_cj的轉(zhuǎn)置，

步驟3-5，求取所有子陣協(xié)方差矩陣的平均值

式中，假設(shè)λ為的特征值，對應的特征向量為v，噪聲子空間E＝[v_L+1,v_L+2,...,v_2H,v_2H+1]，特征向量v的范圍從L+1到G+1；

步驟3-6，構(gòu)建DOA估計的空間譜函數(shù)為：

式中，為的導向向量；

基于所述空間譜函數(shù)實現(xiàn)DOA估計。