[發明專利]基于壓縮感知和遺傳算法的均勻圓陣解調二維相干信號方法及系統

在審

• 申請號: 202110259408.0
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113093111A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 繆晨;岳爽;馬越;陳春紅;汪敏;康煒;楊國;王晶琦;吳文
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S3/14;G06F17/16;G06N3/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種基于壓縮感知和遺傳算法的均勻圓陣解調二維相干信號方法及系統。方法包括：均勻圓陣接收數據得到Ux?Uy坐標下壓縮感知的波達方向估計模型；利用SVD分解方法分解陣列接收數據矩陣實現數據的降維處理；利用Ux?Uy坐標系下構建的感知矩陣進行正交匹配追蹤算法(OMP)計算出目標的大致角度；最后對估計出的目標角度進一步利用改進的適應于所有情況的譜峰搜索公式通過遺傳算法進行譜峰搜索，精確的計算出目標的方位角度，得到目標的水平角和俯仰角信息。本發明結合壓縮感知和遺傳算法實現均勻圓陣解調二維相干信號，解決了均勻圓陣壓縮感知DOA估計精度不足的問題，能夠實現高精度的均勻圓陣二維相干信號解調。

技術領域

本發明屬于陣列信號處理領域，具體涉及LFMCW陣列雷達的到達角估計領域，特別涉及一種基于壓縮感知和遺傳算法的均勻圓陣解調二維相干信號方法(CS-DOA-GA)及系統。

背景技術

MUSIC算法等DOA估計算法往往要求信源之間是不相干的，但實際的環境中，由于多徑傳播以及電磁干擾等原因，信源之間可能出現相干的情況，這會導致高分辨力的譜估計方法如MUSIC算法、ESPRIT算法等因為陣列接收信號的協方差矩陣的秩的下降，在相干信源的信號環境下測向性能很差，甚至出現測向錯誤。目前常見的解相干方法主要分為兩大類，一是降維處理，二是非降維處理。對于降維處理的算法，主要包括了空間平滑算法(如文獻李朋.LFMCW汽車防撞雷達信號處理及硬件實現[D].成都：電子科技大學，2016.)和基于矩陣重構的解相干算法(如文獻高世偉,保錚.利用數據矩陣分解實現對空間相關信號源的超分辨處理[J].通信學報,1988(1):6-15.)，這類算法雖然能夠實現解相干的目的，但是由于是對數據協方差矩陣進行降維處理，導致陣列孔徑損失，陣列數據的利用率不高，而且也只適用于均勻線陣。另一類非降維處理的算法主要包括頻域平滑算法、Toeplitz方法，以及虛擬陣列變換法。這類算法相比于降維處理算法的優點在于沒有陣列孔徑損失，但是這類算法針對的往往是特定的環境和陣列結構，比如寬帶信號、非等距陣列和移動陣列等。

當前比較成熟的解相干算法主要還是建立在線陣的基礎之上的，對于均勻圓陣，由于其結構的特殊性，導向矢量不滿足范德蒙結構，因此上面兩類解相干算法并不能直接用于均勻圓陣。為了能夠將這些算法運用于均勻圓陣，可以利用模式空間變換方法(EigesR,Griffiths H D.Sectoral phase-mode beams from circular arrays[C]//Antennasand Propagation,1993.Eighth International Conference on.IET,1993.)將均勻圓陣的陣列流型矩陣轉化為虛擬線陣形式，陣列流型矩陣轉化為虛擬線陣形式后的圓陣，不但能采用空間平滑算法對相干信源進行測向，還能應用很多基于均勻線陣的測向性能優良的算法。但是該方法只能實現均勻圓陣一維的相干信號解調，對于需要同時實現水平角和俯仰角估計的情況并不適用。

壓縮感知和稀疏表示理論是進入21世紀以來信號處理領域最重要的理論技術之一。相比于傳統的算法，它為DOA估計提供了一種新的思路。該理論表示只要信號能夠表現稀疏特性，那么就能夠用重構算法恢復出原始信號，因此只要對入射信號的目標空間進行某種劃分使其滿足稀疏特性，就能無需任何預處理便可實現對相干信號的解調估計。當前基于壓縮感知的DOA估計方法已經有了較多的研究，但主要還是集中在線陣的陣列結構。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種對均勻圓陣解調二維相干信號問題的新方法，實現均勻圓陣正確的解調出二維相干信號，估算出各個相干信號正確的來波方向角度。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于壓縮感知和遺傳算法的均勻圓陣解調二維相干信號方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，均勻圓陣接收數據，獲取其Ux-Uy坐標系下壓縮感知的DOA估計模型；

步驟2，對均勻圓陣接收的數據矩陣進行SVD分解，實現降維處理；