[发明专利]一种基于互质阵列的混合信号波达方向估计方法

说明书

本发明公开的一种基于互质阵列的混合信号波达方向估计方法，包括以下步骤：搜集接收端天线互质阵列的阵元分布信息，以及大致估计信号源的数目；利用发射信号的循环性与非循环性特征对接收信号进行扩维并计算扩维信号的自相关矩阵，然后将自相关矩阵重构成一个矢量；并利用做空间平滑后所得的协方差矩阵估计信号波达方向；取出估计性能最好的若干个估计方向，并估算对应的信号功率；计算原始接收信号的自相关矩阵，将自相关矩阵重构成一个向量后再从中删除与非循环信号对应的分量，通过空间平滑操作并在所得的协方差矩阵上使用MUSIC算法，估计出循环信号的波达方向。本发明能够进一步增强阵列性能，以更少数目的阵元分辨更多信号源。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别涉及一种基于互质阵列的混合信号波达方向估计方法。

背景技术

阵列信号处理技术被广泛应用于国防与人们生活的方方面面。波达方向(DOA)估计是阵列信号处理领域中的一个重要的问题，在雷达、声纳、无线通信、智能天线和无源定位等方面中，有较多的应用。传统的波达方向估计方法只能求解目标数少于阵元数的情况，因此如何用少量的阵元检测更多的目标成为一个新的挑战。

近几年，一种新型几何结构的线列阵——互质阵的提出，可达到估计的DOA数目远超过阵元数目。由于互质阵阵元的位置分布特殊，在经过数学运算处理后，可以形成孔径更大的虚拟阵，估计出的目标数目已经远大于同等数目物理阵元的均匀线列阵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于互质阵列的混合信号波达方向估计方法，该方法能够进一步增强阵列性能，以更少数目的阵元分辨更多信号源。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于互质阵列的混合信号波达方向估计方法，包括以下步骤：

系统服务器需要搜集接收端天线互质阵列的阵元分布信息，以及大致估计信号源的数目；

系统服务器利用发射信号的循环性与非循环性特征对接收信号进行扩维并计算扩维信号的自相关矩阵，然后将自相关矩阵重构成一个矢量；并对做空间平滑后所得的协方差矩阵使用多重信号分类(MUSIC)算法估计信号波达方向；取出估计性能最好的若干个估计方向，并估算对应的信号功率；

计算原始接收信号的自相关矩阵，将自相关矩阵重构成一个向量后再从中删除与非循环信号对应的分量，通过空间平滑操作并在所得的协方差矩阵上使用MUSIC算法，估计出循环信号的波达方向。

所述互质阵列的阵元分布信息，是指接收端天线阵列的空间分布信息。

所述信号源数目，是指接收信号中循环信号、非循环信号各自的数目。

所述利用发射信号的循环性与非循环性特征对接收信号进行扩维，具体为：在信号处理过程中，利用接收信号本身及其共轭所携带的信息。

所述将自相关矩阵重构成一个矢量，具体为：根据互质阵列的空间分布信息，将自相关矩阵中所有元素映射到虚拟差分阵列各个阵元的接收信号，对差分阵列的阵元差值进行排序，对取同一个差值的重复项合并为一项(比如取均值，但不局限与此)，取连续长度最大的虚拟差值序列对应的自相关矩阵元素作为虚拟差分阵列的接收信号。

所述估算对应的信号功率，具体为：对空间平滑后所得的协方差矩阵进行特征分解，利用信号子空间对应的特征值及特征向量，与估计角度进行相关运算，得到对应估计角度的信号功率。

所述删除与非循环信号对应的分量，具体为：在重构后的虚拟连续差分阵列的接收数据中，删除与非循环信号对应的分量，即信号功率与导向矢量的乘积。

一种基于互质阵列的混合信号波达方向估计方法，包括以下步骤：