[发明专利]基于四阶累量的嵌套阵列波达方向角估计方法

摘要

本发明公开了一种基于四阶累量的嵌套阵列波达方向角估计方法，主要解决现有技术中阵元利用率低，信号识别数量少的问题，其实现步骤是：1)分别构建一层嵌套阵列和二层嵌套阵列；2)获取一层嵌套阵列的输出信号和二层嵌套阵列的输出信号；3)根据一层嵌套阵列输出信号与二层嵌套阵列输出信号计算所有四阶累量；4)根据所有四阶累量构造四阶累量矩阵；5)计算四阶累量矩阵的噪声子空间；6)根据四阶累量的噪声子空间和阵列流型矩阵计算空间谱；7)根据空间谱绘制幅度谱图，得到波达方向角。本发明在阵元数量有限的情况下大大提高了阵列可识别的信源数目，适用于目标侦察和无源定位。

主权项

一种基于四阶累量的嵌套阵列的波达方向角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)用M+N个天线接收机形成一层嵌套阵列：(1a)将每个天线接收机称为一个阵元，用M个天线接收机形成第一均匀线性阵列a，其阵元间距为d；用N个天线接收机形成第二均匀线性阵列b，其阵元间距为(M+1)d；定义第一均匀线性阵列a的第一个阵元为起始阵元，其中，M≥1,N≥1，0＜d≤λ/2，λ为入射到阵列的窄带信号波长；(1b)将第一均匀线性阵列a与第二均匀线性阵列b组合为一层嵌套阵列：将第二均匀线性阵列b的第一个阵元放置于与起始阵元相距为M×d的位置；将第二均匀线性阵列b的所有阵元依次插于第一均匀线性阵列a中，形成一层嵌套阵列；(1c)计算一层嵌套阵列的虚拟阵元数A＝2(M+1)N‑1；(2)用P+Q个天线接收机形成两层嵌套阵列：(2a)用P个天线接收机形成第三均匀线性阵列c，其阵元间距为A×d，用Q个天线接收机形成第四均匀线性阵列f，其阵元间距为(P+1)(A×d)，其中，Q≥1，P≥1；(2b)将第三均匀线性阵列c与第四均匀线性阵列f组合为二层嵌套阵列，即将第三均匀线性阵列c的第一个阵元放置于与起始阵元相距为(A‑1)d的位置，将第四均匀线性阵列f的第一个阵元放置于与起始阵元相距为[(P+1)A‑1]d的位置，并将第四均匀线性阵列f的所有阵元依次插于第三均匀线性阵列c中，组合为二层嵌套阵列；(2c)计算二层嵌套阵列的虚拟阵元数B＝2(P+1)Q‑1；(3)由一层嵌套阵列和二层嵌套阵列的天线接收机对空间目标信号进行采样，分别得到一层嵌套阵列输出信号Y(t)和二层嵌套阵列输出信号Z(t)，其中，Y(t)＝[y₀(t),…,y_i(t),…,y_M+N(t)]，y_i(t)表示一层嵌套阵列第i个阵元的输出信号，i的取值范围是0≤i≤M+N，Z(t)＝[z₀(t),…,z_j(t),…,z_P+Q(t)]，z_j(t)表示二层嵌套阵列的第j个阵元的输出信号，的取值范围是0≤j≤P+Q；(4)计算一层嵌套阵列输出信号Y(t)与二层嵌套阵列输出信号Z(t)的所有四阶累量c(k1,k2,k3,k4)＝cum(y_k1(t),y_k2(t)^*,z_k3(t),z_k4(t)^*)，其中，0≤k1,k2≤M+N,1≤k3,k4≤P+Q,cum表示求解四阶累量操作，(·)^*表示向量的共轭运算；(5)定义中间变量D＝(AB+2A‑1)/2，从所有四阶累量c(k1,k2,k3,k4)中依次找出k1,k2,k3,k4满足k1+k3A‑k2‑k4A＝‑D,...,‑1,0,1,...,D条件的四阶累量，并依次定义为四阶累量元素g(‑D),...,g(‑1),g(0),g(1),...,g(D)，将这些四阶累量元素重新排列形成四阶累量矩阵G：(6)计算四阶累量矩阵G的噪声子空间U_n；(7)根据阵列流型矩阵α(θ)和四阶累量矩阵G的噪声子空间U_n，计算空间谱P(θ)；(8)以波达方向角范围θ的值为x轴坐标，以空间谱P(θ)的幅度值为y轴坐标，绘制幅度谱图，从该幅度谱图中按照从高到低的顺序寻找幅值较大的前K个谱峰，这些谱峰的峰值点所对应的x轴坐标即为目标的波达方向角度值，其中，K表示入射到一层嵌套阵列与二层嵌套阵列的空间目标信号个数，K≥1。