[發(fā)明專(zhuān)利]基于非高斯信源的具有互質(zhì)關(guān)系嵌套陣列設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111495165.7
• 申請(qǐng)日: 2021-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114265003A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石莎;張小飛;岳衡;葉長(zhǎng)波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S3/14
• 分類(lèi)號(hào): G01S3/14;G01S3/02
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馬玉雯

本發(fā)明公開(kāi)了基于非高斯信源的具有互質(zhì)關(guān)系嵌套陣列設(shè)計(jì)方法，該方法提出陣列結(jié)合了嵌套陣列和互質(zhì)陣列在陣元排布中的特點(diǎn)，在保證陣列具有較大孔徑的同時(shí)仍能提供很大的自由度。信號(hào)接收陣列為兩個(gè)二級(jí)嵌套陣，且兩個(gè)嵌套陣間距之間存在互質(zhì)關(guān)系。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的步驟如下：結(jié)合互質(zhì)陣列對(duì)于互耦效應(yīng)影響小的特點(diǎn)和嵌套陣中虛擬差陣的虛擬陣元連續(xù)范圍大的特點(diǎn)，巧妙設(shè)計(jì)陣元排列方式以及間距分布，構(gòu)造具有互質(zhì)關(guān)系的嵌套陣列。在確定好陣列結(jié)構(gòu)后，依據(jù)互質(zhì)陣列中虛擬陣的閉式解形式和嵌套陣中虛擬陣的閉式解形式，推導(dǎo)出本文設(shè)計(jì)陣列的虛擬陣元連續(xù)范圍，即該陣列的閉式解。最后采用空間平滑MUSIC算法驗(yàn)證該提出陣列的優(yōu)越性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于非高斯信源的具有互質(zhì)關(guān)系嵌套陣列設(shè)計(jì)方法，屬于陣列信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

陣列信號(hào)處理是現(xiàn)代信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。其利用傳感器陣列來(lái)接收空間信號(hào)，與傳統(tǒng)陣列的單個(gè)傳感器定向相比，具有靈活的波束控制、較高的信號(hào)增益、較強(qiáng)的干擾抑制能力及較高的空間分辨能力等優(yōu)點(diǎn)。波達(dá)方向角(Direction of Arrival，DOA)估計(jì)是陣列信號(hào)處理領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究課題之一，被廣泛地應(yīng)用于通信、雷達(dá)、麥克風(fēng)陣列等軍用和民用領(lǐng)域。

稀疏陣列相對(duì)于傳統(tǒng)陣列能夠獲得更大的陣列孔徑及更高的自由度，可估計(jì)信源數(shù)更多的信號(hào)DOA估計(jì)。嵌套陣列(Nested Array，NA)是由兩個(gè)及以上均勻線性陣列構(gòu)成的稀疏陣列，其陣列的排布方式易于實(shí)現(xiàn)，且在基于高階累積量的DOA估計(jì)算法中仍具有非常強(qiáng)的自由度擴(kuò)展能力；互質(zhì)陣列(Coprime Array，CPA)由兩個(gè)陣元數(shù)互質(zhì)的均勻線性陣列構(gòu)成，與嵌套陣列一樣，互質(zhì)陣列的結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)陣列的孔徑較大，能有效避免陣元間的互耦現(xiàn)象對(duì)DOA估計(jì)所造成的影響。這兩種稀疏陣列結(jié)構(gòu)由于較強(qiáng)的孔徑擴(kuò)展能力和自身的特點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。與此同時(shí)，相關(guān)學(xué)者提出了基于空間平滑的子空間方法、基于空間壓縮感知的方法等一系列DOA估計(jì)算法，為基于稀疏陣列的波達(dá)方向估計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的波達(dá)方向參數(shù)估計(jì)算法，如MUSIC(多重信號(hào)分類(lèi))算法、ESPRIT(基于旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)的信號(hào)參數(shù)估計(jì))算法等大多利用了信號(hào)的二階統(tǒng)計(jì)特性。在信號(hào)服從高斯分布且信號(hào)可以被一階、二階統(tǒng)計(jì)量完全描述時(shí)，利用接收信號(hào)的二階統(tǒng)計(jì)量已經(jīng)足夠了。但在實(shí)際應(yīng)用中，我們遇到的通常是非高斯信號(hào)，其一階、二階統(tǒng)計(jì)量并不能完全描述信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，這時(shí)采用高階累積量不僅可以獲得比二階統(tǒng)計(jì)量更高的性能，而且可以解決二階統(tǒng)計(jì)量不能解決的很多問(wèn)題。此外，高階累積量對(duì)高斯過(guò)程具有不敏感性，理論上可抑制噪聲。高階統(tǒng)計(jì)量作為一種強(qiáng)有力的信號(hào)處理工具,己經(jīng)在通信、雷達(dá)、聲納及地球物理、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到高階累積量計(jì)算的復(fù)雜性，以基于四階累積量的DOA估計(jì)方法居多。因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)具有最大四階差分虛擬陣的稀疏陣列成為了一個(gè)非常值得研究的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：在非高斯信源的場(chǎng)景下，基于四階累積量，設(shè)計(jì)出在具有較大孔徑的同時(shí)仍能提供較大自由度的陣列結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

基于非高斯信源的具有互質(zhì)關(guān)系嵌套陣列設(shè)計(jì)方法，其基本思路是：結(jié)合互質(zhì)陣列對(duì)于互耦效應(yīng)影響小的特點(diǎn)和嵌套陣中虛擬差陣的虛擬陣元連續(xù)范圍大的特點(diǎn)，巧妙設(shè)計(jì)陣元排列方式以及間距分布，構(gòu)造具有互質(zhì)關(guān)系的嵌套陣列。在確定好陣列結(jié)構(gòu)后，依據(jù)互質(zhì)陣列中虛擬陣的閉式解形式和嵌套陣中虛擬陣的閉式解形式，推導(dǎo)出本文設(shè)計(jì)陣列的虛擬陣元連續(xù)范圍，即該陣列的閉式解。最后采用空間平滑MUSIC算法驗(yàn)證所提出陣列的優(yōu)越性。

基于非高斯信源的具有互質(zhì)關(guān)系嵌套陣列設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟1、建立非高斯信源下的DOA估計(jì)模型；

步驟2、構(gòu)造具有互質(zhì)關(guān)系嵌套陣列模型；