[发明专利]一种部分稀疏L阵及其二维DOA估计方法

摘要

本发明公开了一种部分稀疏L阵及其二维DOA估计方法。本发明包括两个子阵构成L阵，第一子阵的阵元间距为半倍波长，第二子阵的阵元间距为n倍波长；并在第二子阵上设置一个距参考阵元的距离为半倍波长的辅助阵元。在进行DOA估计处理时，将子阵分别置于x轴和z轴，利用互相关矩阵不受噪声影响的特性，求接收数据的互相关并提取信号子空间；利用ULA的平移不变性和信号子空间，求取z轴阵列流型矩阵的旋转矩阵，并通过对旋转矩阵进行特征值分解，得到可能的俯仰角估计值，再基于辅助阵元对估计结果去模糊处理；再基于其进行信源波形的估计及x轴的阵列流型矩阵，求取相应的方位角。本发明用于雷达，声呐等，其实现低成本，低运算量，测向精度高。

主权项

一种部分稀疏L阵列的二维波达方向的估计方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：设置部分稀疏L阵列：阵元数相同的线性第一子阵、第二子阵构成L字形的阵列，第一子阵和第二子阵的交点定义为参考阵元，所述第一子阵的阵元间距等于半倍波长，第二子阵的阵元间距等于n倍波长，其中整数n的取值范围为1～10；并在第二子阵上设置一个辅助阵元，所述辅助阵元距离参考阵元的距离为半倍波长；将L阵列的第一子阵、第二子阵分别放置于x轴和z轴；步骤2：L阵列接收K个不相关信源的入射信号，得到x轴、z轴各阵元的接收数据，其中K小于第一子阵的阵元数M；步骤3：计算各入射信号的估计俯仰角；步骤301：计算接收数据z′(t)和x′(t)在N次采样下的互相关矩阵Rz′x′，并从Rz′x′中任意提取K列构造信号子空间Uz，其中接收数据x′(t)为x轴上除参考阵元外的所有阵元的接收数据，接收数据z′(t)为z轴上除辅助阵元外的所有阵元的接收数据；将信号子空间Uz划分为上下两个(M‑1)*K维的信号子空间Uz1和Uz2，基于Uz1和Uz2求取旋转矩阵Ωz，令矩阵Fz＝Tz‑1ΩzTz，矩阵Tz为K×K的非奇异矩阵；对矩阵Fz进行特征值分解，得到相应的K个特征值其中k＝1,2,…,K；步骤302：计算每个入射信号的两个备选估计俯仰角：根据计算K个第一备选估计俯仰角其中dz＝nλ，λ表示信号波长，符号angle(·)表示取相位角；根据公式计算估计空间相位差若则第二备选估计俯仰角否则步骤4：对每个入射信号的备选估计俯仰角去模糊角处理，得到估计俯仰角步骤401：计算接收数据z(t)在N次采样下的自相关矩阵Rzz，其中接收数据z(t)为z轴上所有阵元的接收数据；步骤402：对Rzz进行特征值分解：其中Us和Un分别为(M+1)×K和(M+1)×(M+1‑K)维的信号子空间和噪声子空间；Σs为从Rzz的M+1个特征值中，取前K个最大特征值组成对角矩阵Σs，剩余的M+1‑K个特征值组成对角矩阵Σn；步骤403：根据公式计算每个入射信号的备选估计俯仰角在z轴的导向矢量其中包括第一备选估计俯仰角和第二备选估计俯仰角为对应的估计空间相位差，其中e为自然常数；将导向矢量与噪声子空间Un正交的备选估计俯仰角作为入射信号k的估计俯仰角步骤5：基于K个估计俯仰角得到z轴的阵列流型矩阵根据接收数据z(t)、阵列流型矩阵计算估计信号源即其中符号(·)+表示M‑P广义逆；步骤6：估计各入射信号的方位角计算接收数据Z″(t)和X(t)在N次采样下的互相关矩阵Rxz″，其中接收数据Z″(t)为z轴上除参考阵元的所有阵元的接收数据；接收数据X(t)为x轴上所有阵元的接收数据；根据公式计算x轴的阵列流型矩阵的估计值其中估计值为估计信号源在N次采样下的自相关矩阵；根据公式得到每个入射信号的方位角其中k＝1,2,…,K，表示矩阵的第k列的前M‑1行元素的子向量，表示矩阵的第k列的后M‑1行元素的子向量。