[发明专利]基于互素阵列的相关信号波达方向估计方法及系统

说明书

本发明提供的一种基于互素阵列的相关信号波达方向估计方法及系统，对互素阵列所接受到的信号进行采样获得时域离散信号；再通过设定子阵列的阵元数，根据时域离散信号获得子阵列信号的四阶累积量，将子阵列信号的四阶累积量进行前后向平滑处理后获得平滑后的四阶累积量；对平滑后的四阶累积量进行特征值分解获得投影算子，最终利用Root‑MUSIC算法根据所有投影算子估计信号的波达方向。该方法及系统通过结合互素阵列和四阶累积量进行信号波达方向估计，在不增加阵元数目的情况下能够有效确保估计结果的精度，在信号个数多于阵元数目时具有较好的效果；且能够有效解除信号相关，增强了对信号的空间分辨力，能够适用于各种复杂的环境。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，更具体地，涉及一种基于互素阵列的相关信号波达方向估计方法及系统。

背景技术

在阵列信号处理中，波达方向(Direction-of-Arrival，DOA)估计是一种确定信号方向，估计信源位置的有效的方法，在雷达、通信、医学等领域都有应用。在DOA估计领域中，以多重信号分类(MUltiple Signal Classification，MUSIC)算法为代表的子空间方法得到了广泛的应用。MUSIC算法通过对信号的相关矩阵进行分解，得到正交的信号子空间与噪声子空间，具有空域超分辨的特性，因此被广泛应用。

然而，在传统的MUSIC算法中，通常需要大量的采样数据，以保证算法的估计精度；同时为了获得大量的采样数据，通常需增加阵元的数量。通过增加阵元的数量虽然可以提高MUSIC算法的估计精度，但这种方式不仅增加了接收数据量，而且给数据传输、存储和处理带来了巨大的压力，从而使得硬件的实现难度加大，难以满足实际的工程需求。

有鉴于此，在不增加阵元数量的情况下，亟需提供一种能够确保估计精度的信号波达方向估计方法及系统。

发明内容

本发明为了克服现有技术中利用传统的DOA估计方法进行信号波达方向估计通常需增加阵元的数量以确保估计精度，导致难以适用于复杂应用环境的问题，提供一种基于互素阵列的相关信号波达方向估计方法及系统。

一方面，本发明提供一种基于互素阵列的相关信号波达方向估计方法，包括：

按照时域对预设数量的目标阵列所接收到的信号进行采样，获得每个目标阵列对应的时域离散信号，其中每两个目标阵列互为互素阵列；

对于任意一个目标阵列，设定该目标阵列的子阵列的阵元数，根据子阵列的阵元数从该目标阵列对应的时域离散信号中获取该目标阵列的所有子阵列对应的子阵列信号；

对于任意两个目标阵列，根据该两个目标阵列的所有子阵列对应的子阵列信号获得该两个目标阵列对应的平滑后的四阶累积量矩阵；

对每个平滑后的四阶累积量矩阵进行特征值分解获得每个平滑后的四阶累积量矩阵对应的投影算子；

利用Root-MUSIC算法根据所有投影算子估计信号的波达方向。

优选地，根据子阵列的阵元数从该目标阵列对应的时域离散信号中获取该目标阵列的所有子阵列对应的子阵列信号，具体为：

对于任意一个目标阵列，将该目标阵列对应的子阵列的阵元数作为目标数量，在该目标阵列的所有阵元中，将目标数量的相邻阵元进行组合，获得该目标阵列的所有子阵列；

从该目标阵列对应的时域离散信号中分离出每个子阵列对应的子阵列信号，获得该目标阵列的所有子阵列对应的子阵列信号。

优选地，根据该两个目标阵列的所有子阵列对应的子阵列信号获得该两个目标阵列对应的平滑后的四阶累积量矩阵，具体为：