[發明專利]拓展陣元間距移位子陣的結構性運動稀疏陣列設計方法

在審

• 申請號: 202110336150.X
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113050026A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 秦國棟;江雅東;李鵬;劉高高;周夢偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發明公開了一種拓展陣元間距移位子陣的結構性運動稀疏陣列設計方法，主要用于解決現有技術中結構性運動稀疏陣列在進行孔徑擴展時難以同步地提升陣列的自由度的問題。本發明的步驟包括：確定兩個拓展陣元間距移位子陣的陣元數；建立具有拓展陣元間距移位子陣的結構性稀疏陣列；獲取具有拓展陣元間距移位子陣的結構性運動稀疏陣列結構。本發明所設計的結構性運動稀疏陣列只需要在滿合成差分陣列的條件下適當增大陣元間距擴展系數即可實現自由度的同步擴展，實現了低數據量、低互耦與優秀估計性能的兼顧。

技術領域

本發明屬于波達方向估計技術領域，更進一步涉及陣列設計技術領域中的一種拓展陣元間距移位子陣的結構性運動稀疏陣列設計方法。本發明可用于運動稀疏陣列DOA估計，實現對多路信號波達方向的估計。

背景技術

在波達方向估計領域，可檢測的信號數目通常不能高于陣元數，而稀疏陣列的出現打破了這一限制，因此在通信、雷達、等領域得到了廣泛的應用。目前已出現了互質陣列、最小冗余陣列和嵌套陣列等稀疏陣列的設計方法，但所涉及的都是陣列非運動的情境，無法充分發揮稀疏陣列的優異性能。

J.Ramirez和J.L.Krolik在其發表的論文“Synthetic aperture processing forpassive co-prime linear sensor arrays”(Duke Univeristy，Digital SignalProcessing，Volume61,2017)中提出了一種運動互質陣的設計方法。該方法的實現步驟如下：(1)選取互質的整數M和N作為子陣陣元數，以此構建互質陣列的模型；(2)陣列進行運動，運動距離選取為N/2個半波長。雖然該方法通過互質陣的運動實現了對自由度的提升，但是，該方法仍然存在的不足之處在于，選取N/2個半波長的運動距離通常無法保證孔徑合成時兩個時刻的信號是相干的，故此該方法在實際應用中很難實現。

針對上述問題，G.Qin,Y.D.Zhang和M.G.Amin在其發表的論文“DOA EstimationExploiting Moving Dilated Nested Arrays”(IEEE Signal Processing Letters，Volume26,2019)中提出了一種運動嵌套陣的設計方法。該方法的實現步驟如下：(1)嵌套陣列的陣元數取正整數N₁和N₂，以此構建嵌套陣列；(2)在已構建的陣列基礎上，將陣元間距延拓至原有的d_r倍，其中d_r取信號波長的整數倍，實現對陣列的延拓；(3)將延拓后的陣列運動一個半波長。雖然該方法只考慮運動半波長的情況，最大程度地去滿足兩個時刻信號的相干性，但是該方法仍然的不足之處在于，運動陣列的合成差分陣列仍有可能出現孔，這些孔的存在使得現有結構性運動稀疏陣列在進行孔徑擴展時只能通過增加陣元數來維持自由度。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提出一種拓展陣元間距移位子陣的結構性運動稀疏陣列設計方法，旨在解決現有技術中結構性運動稀疏陣列進行孔徑擴展時難以同步提升自由度的問題。

實現本發明目的的思路是，首先根據差分陣列的優化準則，在陣元數目固定的情況下，要求在最大化合成差分陣列的陣列孔徑的基礎上最小化合成差分陣列的孔的數目，而具有拓展陣元間距結構的結構性運動稀疏陣列是滿足這一準則的陣列之一；為進一步地實現孔徑的擴展，仿照移位子陣互質陣的構造方法，在拓展陣元間距的基礎上引入子陣移位機制，得到本發明中的拓展陣元間距移位子陣的結構性運動稀疏陣列。

實現本發明目的的具體步驟如下：

(1)確定兩個拓展陣元間距移位子陣的陣元數M和N：

第一步，根據結構性運動稀疏陣列的最大可識別信源數的需求，設定運動稀疏陣列陣元數K和兩個拓展陣元間距移位子陣的首陣元間距與半波長之比L,L為整數；

第二步，當L＝0時，若K為奇數，則取或若K為偶數，則取