[发明专利]一种基于稀疏对称阵列的DOA估计方法和系统

说明书

一种基于稀疏对称阵列的DOA估计方法和系统，通过不同子阵列接收数据的四阶累积量运算，构造一个特殊四阶累积量向量，这些四阶累积向量的相位差变换与均匀线阵的相位差等效，有效避免了稀疏阵列在增大阵列孔径时带来的相位模糊问题。通过这些累积量向量构造一个具有协方差形式的Toeplitz矩阵，然后使用MUSIC算法得到所有信源的角度估计。采用本申请公开的稀疏对称阵列，扩展了阵列孔径，在相同的阵元情况下，本申请公开的方法具有更大的阵列空径，可以获得更高的角度估计精度。在阵列孔径相同时需要更少的阵元，可以有效降低设备的硬件成本。

技术领域

本发明涉及阵列信号分析处理技术领域，具体涉及一种基于稀疏对称阵列的DOA估计方法和系统。

背景技术

空间信号源的参数估计问题是阵列信号处理的重要研究内容，广泛地应于于雷达、声纳和通信等领域。许多成熟技术都是在远场假设条件下进行，然而，当信源距离接收阵列较近时，即信源位于近场条件下，平面波的假设不在成立，信号以球面波的形式通过阵列，此时需估计信源的信号波达方向(Direction Of Arrial,DOA)和距离参数，这就是近场源定位问题。近十几年来，许多行之有效的高分辨率算法被提出，如多重信号分类算法(multiple signal classification,MUSIC)和旋转不变子空间算法(estimation ofsignal paprameters via rotational invariance techniques,ESPRIT)等。这些算法通常解决的是阵列为均匀阵列的情况，不但要求相邻阵元间的间距不能超过四分之一波长，还存在着阵列孔径损失的问题。而在相同情况下，天线的阵列孔径越大，信源估计个分辨率越高。当阵元数相同的时，采用稀疏布阵阵列其具有更大的阵列孔径，还可以在提高低信噪比情况下提高估计精度。而当阵列孔径相同时，稀疏阵列的阵元数更少，可以有效降低硬件成本，因此如何利用有限的阵元，来扩大阵列孔径，以提高估计精度一直是大量学者研究的问题。稀疏阵列虽然可以增加阵列孔径，但是过大的阵元间距会带来模糊问题，因此采用稀疏阵列时如何避免角度估计时的模糊问题一直是DOA估计中需要解决的一个技术难点问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是采用稀疏阵列进行DOA估计时角度估计模糊的问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种基于稀疏对称阵列的DOA估计方法，所述稀疏对称阵列包括不少于三个均匀子阵列，每个所述均匀子阵列的阵元都设置在一条直线上；其中，居中的均匀子阵列的阵元间距与其它的均匀子阵列的阵元间距不同；

所述DOA估计方法包括：

对不同均匀子阵列接收的信号进行四阶累积量运算，以获取不少于五个四阶累积量向量；

将获取的所述四阶累积量向量合并为一个相位均匀变化的长向量；

依据所述长向量构造一个Toeplitz矩阵；

对所述Toeplitz矩阵进行特征值分解，以获取信号子空间和噪声子空间；

应用MUSIC谱峰搜索算法估计出信源的方位角。

进一步，所述稀疏对称阵列包括三个均匀子阵列，居中的均匀子阵列的阵元数和阵元间距为2N₁+1和d；

另外两个均匀子阵列与居中的均匀子阵列的距离为(N₁+1)d,其阵元数和阵元间距为N₂和(N₁+1)d；则所述稀疏对称阵列的阵元数为2(N₁+N₂)+1。

所述对不同均匀子阵列接收的信号进行四阶累积量运算，以获取不少于五个四阶累积量向量，包括：

以三个均匀子阵列所在直线为轴线，以居中的均匀子阵列的中心阵元为原点，建立直线坐标系，居中的均匀子阵列为第一均匀子阵列，居左的均匀子阵列为第二均匀子阵列，居右的均匀子阵列为第三均匀子阵列；