[發明專利]一種基于L型互質陣列的二維DOA估計方法

在審

• 申請號: 202211392885.5
• 申請日: 2022-11-08
• 公開（公告）號: CN115795249A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 韋世紅;郭楊;劉松;龐育才;李茜;肖寒春;肖云鵬;李暾
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王詩思

本發明屬于陣列信號處理領域，具體涉及一種基于L型互質陣列的二維DOA估計方法，包括：構建L型二維互質陣列；對L型互質陣列進行虛擬陣元插值，通過帶有虛擬陣元的L型均勻線性陣列的陣元接收入射信號，計算虛擬陣列接收到的信號的自協方差矩陣；對自協方差矩陣進行一次重構，恢復插值陣元上的信號，對恢復后的信號進行重新排列，并對重新排列后的信號合并；計算合并后的信號的協方差矩陣，對協方差矩陣進行二次重構，恢復協方差矩陣的信號；根據恢復后的信號協方差矩陣進行二維DOA估計。本發明通過利用了虛擬陣列，并對其產生的虛擬矩陣進行了恢復，有效的擴展了陣列的孔徑，提升了DOA估計的精確性，且計算成本也較低。

技術領域

本發明屬于陣列信號處理領域，具體涉及一種基于L型互質陣列的二維DOA估計方法。

背景技術

陣列信號處理是信號處理技術的重要分支，它是指對陣列天線的收發單元發送或接收到的信號進行處理，從而達到增強有用信號，抑制噪聲和干擾信號，或者從所接收信號中獲得興趣參數的估計。目前已經廣泛應用于雷達、醫學、通訊、航空航天技術、聲納等軍民兩用領域中。隨著微電子、計算機技術的快速發展，屬于傳統通信的信號處理方向也得到新的發展。比如利用雷達天線電磁波技術的超聲相控陣，在生產質量檢測、設備使用及安全性能評估、廢品分選等方面發揮著重要的作用；利用相控陣的雷達的探測距離遠，跟蹤目標多等優點，相控雷達系統在軍事領域得到極大使用。

傳統空間譜估計技術一般采用均勻線性陣列(ULA)。然而均勻線性陣列的高冗余度使可估計的目標信源數小于陣列陣元數，陣列的自由度受到限制。因此，在陣元數目一定的情況下，如何優化陣列結構以獲得更大陣列孔徑來提高DOA估計精度和多目標的分辨能力，一直是學者們研究的熱點問題。近年來，一種新型的非均勻陣列結構如嵌套陣列、互質陣列等引起了廣泛的關注。與傳統的均勻線性陣列相比，稀疏陣列有著更高的自由度，在相同的陣元情況下，隨著陣元間距的增大，DOA估計算法可以獲得更高的測向精度和分辨率。實際上，空間目標定位是一個二維DOA估計問題，國內外學者基于傳統的陣列結構提出了許多新型的二維MUSIC算法、二維ESPRIT算法、二維傳播算子算法等改進算法。

隨著稀疏陣列的發展，Gu、Zhou等人(C.Zhou,Y.Gu,Z.Shi and Y.D.Zhang,Off-Grid Direction-of-Arrival Estimation Using Coprime Array Interpolation,inIEEE Signal Processing Letters,vol.25,no.11,pp.1710-1714,Nov.2018,doi:10.1109/LSP.2018.2872400.)提出了一種新的基于互質陣列插值的方法來對波達信號進行參數估計，該方法通過利用互質陣列信號的相關性，用互質陣列插值構建一個增廣的虛擬均勻線性陣列，再利用美國商業軟件MATLAB中CVX凸優化工具箱對其樣本協方差的托普利茨特性對矩陣中缺失的元素進行恢復，通過引入核范數凸松弛進而將NP-hard秩最小化問題轉換為凸優化問題。該論文說明利用CVX的分析方法可以有效地對稀疏矩陣進行恢復重構，受該篇論文的啟發，本發明提出了一種基于互質陣列的二維DOA估計算法，將稀疏陣列擴展到二維進行DOA估計，不僅更貼近于實際測試，更提高了稀疏矩陣的恢復效率。

雖然國內外眾多學者對波達方向估計進行了大量的研究提出了許多改進算法，并取得了相當不錯的效果，但仍然存在如下的一些挑戰：

1.傳統均勻線性陣列的陣列孔徑有限，自由度也沒有稀疏陣列來的高，所接收的信號數據誤差比較大；

2.一維陣列進行DOA估計所得參數僅僅只有一個角度，但是實際上來波信號是從空間中發送到接收端，至少需要兩個角度才能對目標信號進行準確定位。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于L型互質陣列的二維DOA估計方法，包括：

S1：構建L型二維互質陣列，并確定陣列的陣元位置；