[发明专利]一种基于稀疏重构的超嵌套阵列波达方向估计方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏重构的超嵌套阵列波达方向估计方法，涉及阵列信号处理领域；其包括步骤1：将远场不相干信号入射到已构造的超嵌套阵列结构获得阵列接收信号；步骤2：向量化阵列接收信号的协方差矩阵获得虚拟传感器的接收信号；步骤3：将虚拟传感器的接收信号进行稀疏获得优化函数后求解优化函数获得估计值；步骤4：根据估计值和已划分的网格点构建空间功率谱后通过搜索估计信号的方向角；本发明解决了现有嵌套阵列波达方向估计方法因采用空间平滑算法需要对连续的传感器划分为相互重叠的子阵列导致自由度降低的问题，达到了利用阵列间产生的虚拟传感器增加阵列的自由度，使用稀疏重构算法最大限度增加估计信源数，降低误差的效果。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，尤其是一种基于稀疏重构的超嵌套阵列波达方向估计方法。

背景技术

波达方向(Direction of Arrival，DOA)估计指估计空域中接收到的信号的来波方向，是阵列信号处理中一个主要的研究方向，阵列信号接收模型对波达方向估计尤为重要；现有技术中基于MUSIC方法及空间平滑算法，N个阵元的均匀线性阵列最多能估计到N-1个信号源的方向，且均匀线性阵列阵元之间存在着严重的耦合，使得估计精度大大下降；相互耦合指相邻传感器对传感器的输出信号会产生影响，传感器阵元之间的间距越小，相互耦合会越大；当信源数大于阵元数时，采用均匀线性阵列无法探测到所有的信源，因此提出互质阵列和嵌套阵列，这两种阵列结构利用实际传感器之间的位置差产生虚拟传感器，从而增加了阵列的自由度，自由度定义为阵列中传感器阵元的个数，包含实际传感器和虚拟传感器；因此针对嵌套阵列利用空间平滑算法进行波达方向估计时，能实现估计的信源数大于阵元数；但是空间平滑算法需将连续的传感器阵列划分为多个相互重叠的子阵列，通过各个子阵列信号协方差矩阵相加平均后进行波达方向估计，使得实际可用的自由度减少一半；所以在进行波达方向估计时，需要考虑阵列自由度以及阵元之间的相互耦合。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种基于稀疏重构的超嵌套阵列波达方向估计方法，解决了现有嵌套阵列波达方向估计方法因采用空间平滑算法需要对连续的传感器划分为相互重叠的子阵列导致自由度降低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于稀疏重构的超嵌套阵列波达方向估计方法，包括如下步骤：

步骤1：将远场不相干信号入射到已构造的超嵌套阵列结构获得阵列接收信号；

步骤2：向量化阵列接收信号的协方差矩阵获得虚拟传感器的接收信号；

步骤3：将虚拟传感器的接收信号进行稀疏获得优化函数后求解优化函数获得估计值；

步骤4：根据估计值和已划分的网格点构建空间功率谱后通过谱峰搜索估计信号的方向角。

优选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：根据公式1-3构造超嵌套阵列结构，公式1-3如下：

S＝X₁UX₂UX₃UX₄UX₅UX₆(1)

其中，N＝N₁+N₂表示阵列传感器阵元数，N₁≥4，N₂≥3，X_i表示传感器阵元位置， A_i、B_i和r表示计算阵元位置的辅助参数；

步骤1.2：将D个远场窄带不相干信号从不同方向入射到超嵌套阵列获得阵列接收信号 x[k]，计算公式如下：

x[k]＝As[k]+n[k](4)