[发明专利]一种虚拟二阶阵列扩展的波达方向估计方法在审
申请号: | 201710379098.X | 申请日: | 2017-05-25 |
公开(公告)号: | CN107092007A | 公开(公告)日: | 2017-08-25 |
发明(设计)人: | 张瑛;王琼;汪婷静;龙政斌;赵华鹏 | 申请(专利权)人: | 电子科技大学 |
主分类号: | G01S3/14 | 分类号: | G01S3/14 |
代理公司: | 电子科技大学专利中心51203 | 代理人: | 张杨 |
地址: | 611731 四川省成*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 虚拟 阵列 扩展 方向 估计 方法 | ||
1.一种虚拟二阶阵列扩展的波达方向估计方法,该方法的具体步骤为:
步骤1:由阵列接收的数据x(t)构造新的阵列接收数据y(t);
步骤1-1:不失一般性,假设均匀线阵的阵元数为M,信源数为P,信号入射角度分别为θ1,θ2,…,θP,则阵列接收信号可表示为:
x(t)=As(t)+n(t)
其中,x(t)=[x1(t),x2(t),...,xM(t)]T,xm(t),m=1,…M表示第m个阵元接收到的信号;A=[a(θ1),a(θ2),…,a(θP)]为阵列流型矩阵,i=1,…,P,为第i个信号源的导向矢量,φi=2πdsinθi/λ代表第i个信号的相移;其中d为阵元间间隔,λ为信号波长,θi表示第i个入射信号的来波方向角;s(t)=[s1(t),s2(t),…,sP(t)]T,si(t)为第i个目标源信号;n(t)=[n1(t),n2(t),…,nM(t)]T,其中nm(t)表示第m个阵元接收到的加性高斯噪声;
步骤1-2:将观测的数据通过二阶Volterra滤波器可得到:
y(t)=Bz(t)+v(t)
式中:
[·]T代表矩阵的转置;xm(t),m=1,2…,M表示第m个阵元接收的信号,*表示共轭;
si(t),i=1,2,…,P为第i个目标源信号,*表示共轭;
nm(t),m=1,2,…,M表示第m个阵元产生的加性高斯噪声,*表示共轭;矩阵B为新构造的阵列流型矩阵;
步骤2:由步骤1得到的新的阵列接收数据y(t),构造信号的导向矢量θi,i=1,…,P表示第i个入射信号的来波方向角,P为信源数;
步骤3:计算y(t)的协方差矩阵yH(t)是y(t)的共轭转置,D为快拍数;
步骤4:根据步骤3得到的y(t)的协方差矩阵Ryy,计算空间谱函数P(θ);
步骤5:根据空间谱函数,用MATLAB计算功率谱图,并通过谱峰搜索得到信号的波达方向。
2.如权利要求1所述的一种虚拟二阶阵列扩展的波达方向估计方法,其特征在于所述步骤4的具体步骤为:
步骤4-1:通过波束形成技术可得到一个非线性的优化问题为:
约束条件为
其中,信号源的导向矢量,θ取[0°,180°]为信号相对于法线方向的入射方向,w表示空域滤波器的权向量,Ryy表示新构建的阵列接收数据的协方差矩阵,c,β表示大于零的常量;
步骤4-2:利用拉格朗日乘子法得到目标函数:
步骤4-3:对目标函数f(w)求偏导,并令其等于0,可得I为单位矩阵,由于为可逆矩阵,则令这里取β=kM/(ξM-1/ξM-1),k≤1,ξ1≥...≥ξP>ξP+1≥...ξM-1≥ξM是Ryy的特征值,M为阵元数,可得Cw=ηw;
步骤4-4:由Cw=ηw可知为η和w分别为矩阵C的特征值和所对应的特征向量,对矩阵C进行特征值分解,得到M个特征值η1≥…≥ηP>ηP+1≥…≥ηM及所对应的特征向量u1,…uP,uP+1,…uM,这里最优的权向量w=uM;
步骤4-5:最后可得空间谱函数为
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