[发明专利]一种基于均匀圆阵列的波达方向估计方法

摘要

本发明涉及一种波达方向估计方法，具体涉及基于均匀圆阵列的独立信号和相干信号的波达方向估计方法。本发明的基于均匀圆阵列的波达方向估计方法，包括：波达方向估计参数预处理；去除模式空间噪声；提高阵列孔径，对独立信号进行波达方向估计；消除独立信号，对相干信号进行波达方向估计。本发明具有更高的估计精度，阵列孔径得到了更加充分的利用，弥补由于虚拟阵列变换带来的阵列孔径损失，估计性能得到进一步地提升，计算简便，运算量小。

主权项

1.一种基于均匀圆阵列的波达方向估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)波达方向估计参数预处理：a.根据阵列输出数据矩阵X：X＝AS+Z，求均匀圆阵列的接收数据协方差矩阵R：R＝E[XX^H]＝AR_SA^H+σ²I；其中，A表示均匀圆阵列的M×N维阵列流型矩阵，M表示阵元个数，N表示信号个数，N中独立信号和相干信号个数分别为N_i和N_c，D为相干信源组数，n_k为第k组相干信源的信号个数，S表示N×L维信号数据矩阵，L表示快拍数，Z表示M×L维高斯白噪声数据矩阵，X^H表示X的共轭转置，R_S为信号数据协方差矩阵，σ²为高斯白噪声的功率，I为与R相同维数的单位阵；b.利用模式空间变换矩阵T：对均匀圆阵列的接收数据R进行变换，得到模式空间中均匀线阵列的接收数据协方差矩阵R₁：其中，J₀为2K+1维对角阵，J₀对角线位置上的元素为J₀(k，k)＝j^(k-1-K)B_(k-1-K)(-β)，B_(k-1-K)(·)为k-1-K阶的第一类Bessel函数，k＝1，…，2K+1；F为离散傅里叶变换矩阵，F＝[w_-K w_-K+1…w_K]，w_q＝[1 e^-jp … e^-jp(M-1)]^H，q＝-K，…，K；A₁为虚拟均匀线阵的(2K+1)×N维流型矩阵，A₁＝[a₁ a₂ … a_N]，i＝1，…，N；(2)去除模式空间噪声：求不含噪声成分的数据协方差矩阵R₂：噪声功率σ²通过对R进行特征值分解，并对其M-(N_i+D)个小特征值求平均得到；(3)提高阵列孔径，对独立信号进行波达方向估计：用多重信号分谱峰搜索方法进行波达方向估计，搜索出N_i+D个大特征值对应的谱峰，其对应的估计角度包含了N_i个独立信号对应的波达方向角度和D组相干信号对应的波达方向角度，选择幅值最大的N_i个谱峰幅值对应的波达方向角度作为独立信号的波达方向估计结果；(4)消除独立信号，对相干信号进行波达方向估计：相干信号的数据协方差矩阵R₃：其中，J为与R₂同维数的反对角单位矩阵，A_1c表示由相干信号的导向矢量组成的流型矩阵，R_Sc表示相干信号的信号协方差矩阵，表示R_Sc的转置，利用前后向矢量重构算法进行解相干，得到没有秩亏损的相干信号数据矩阵，并利用总体最小二乘-旋转不变子空间算法求解相干信号的波达方向。