[发明专利]一种采用时频分析的L型阵列二维波达方向估计算法

权利要求书

1.一种采用时频分析的L型阵列二维波达方向估计算法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、两个均匀线阵正交摆放，形成xz平面上的L型阵列，并假设K个时频谱混叠信源以方位角θ和仰角φ入射到此阵列上；其中每个方向上有M个阵元，阵元间距为d，0＜d≤λ/2，λ为入射窄带信号波长，θ代表入射信源与x轴正方向的夹角，φ代表入射信源与z轴正方向夹角；

步骤2)、对阵列二维方向上的接收数据分别采样，得到输出数据X(t),Z(t)，获得总体接收数据

步骤3)、采用时频分析工具STFT,将Y(t)变换到时频域W_y(t,f),W_x(t,f),W_z(t,f)分别表示总体输出数据、x方向输出数据和z方向输出数据的STFT值；

步骤4)、根据信号和噪声的差异程度及噪声功率，设定阈值，并结合和k-means聚类选取时频域中每个时间采样点上有且只有一个频率的时频点；所形成的单信源时频点集用Φ^*表示；已知信源数K的情况下，再次利用k-means聚类法将点集Φ^*划分为K类，每类代表每个信源对应的单信源时频点集Φ_i,i=1,…,K；

步骤5)、依据Φ_i,i＝1,…,K,建立单个信源的时频接收数据矩阵X_tf＝Y_tf(1:M,:),Z_tf＝Y_tf(M+1:2M,:)代表x,z方向上各信源的单信源时频点STFT值；D(i:j,:)代表矩阵D的第i到j行数据组成的子阵；

步骤6)、计算时频域互相关矩阵:

$R_{xz}=E\left\{X_{tf}{Z}_{tf}^H\right\},$

其中，E{}代表期望运算符，H代表共轭转置运算符；

步骤7)、根据线性阵列的共轭对称特性，以及均匀线阵的旋转不变性，计算扩大阵列孔径后的新接收矩阵：

$Y={\left[\begin{array}{cccc}{Y}_1^T& Y_2^T& Y_3^T& Y_4^T\end{array}\right]}^T,$

其中J_M为副对角线全1的M×M维置换矩阵，*代表共轭运算符，T代表转置运算符；

步骤8)、基于步骤7中所获Y，通过传播算子法原则,求出传播算子P，并定义一个扩展的时频传播算子：

P_e＝[I_K，P]^H，

其中，I_K为K×K维单位矩阵；

步骤9)、定义两个方位角选择矩阵G_x1,G_x2，两个仰角选择矩阵G_z1,G_z2，结合ESPRIT思想建立旋转不变等式，推导出方位角和仰角计算公式。