[发明专利]一种提高阵列自由度和虚拟孔径的阵列设置方法

说明书

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种提高阵列自由度和虚拟孔径的阵列设置方法。首先，根据给定的任意阵元数W确定两个线性子阵的阵元数量m和n；其次，根据m和n确定两个线性子阵的阵列间隔dsubgt;m/subgt;和dsubgt;n/subgt;；最后根据m、n、dsubgt;m/subgt;和dsubgt;n/subgt;分别确定两个线性子阵的阵元位置。本发明与传统互质阵列相比具有更大的虚拟阵元个数、连续虚拟阵元个数和阵列物理孔径，可以实现任意数阵元的阵列设置，可实现入射信号源数大于阵元数情况下的DOA估计。在相同阵元数情况下，本发明与传统互质阵列相比具有更多的信源到达角估计能力和更低的DOA估计均方根误差。本发明设计简单、合理、可行性高，能有效解决传统互质阵列物理孔径小的实际问题。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，涉及一种提高阵列自由度和虚拟孔径的阵列设置方法。

背景技术

波达方向(Direction of arrival,DOA)估计是雷达、声呐、地震和无线电通信处理领域内的一个重要研究内容。对于一个线性阵列采用传统的子空间类方法如多重信号分类(Multiple signal classification,MUSIC)和多尺度旋转不变因子(Estimation ofsignal parameters via rotational invariant techniques,ESPRIT)可以实现最多W-1个信号源的DOA估计。对于信号源数大于阵元数的欠定DOA估计问题，通常是利用等效的虚拟阵列提高阵列的自由度(Degrees of freedom,DOFs)，该虚拟阵列是通过对阵列接收信号的协方差矩阵向量化来构造的，通常，增大阵列物理孔径、虚拟阵元个数和连续虚拟阵元个数可以实现DOA估计性能的改善。目前主要有最小冗余阵列、最小空洞阵列、嵌套阵列和互质阵列等四种稀疏阵列可以有效提高阵列孔径、虚拟阵元个数和连续虚拟阵元个数。最小冗余阵列和最小空洞阵列由于没有闭式解，因而无法给出任意阵元数的阵元位置；嵌套阵列的第一级子阵为密集阵列，因而容易产生严重的互耦，限制了其应用的范围；互质阵列相对来说阵元间距较大，产生的互耦较小，但是其物理孔径较小、虚拟阵列个数少、连续虚拟阵元个数少，对提高阵列角度分辨率和信源个数不利，且阵列设计的前提是寻找满足条件的互质数，不易给出任意数阵元的阵元位置闭式解。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高阵列自由度和虚拟孔径的阵列设置方法，解决了现有互质阵列虚拟阵元个数少、连续虚拟阵元个数少和物理孔径不够大的问题。

为解决上述技术问题，本发明基于互质数原理提出了一种提高虚拟阵列的任意数阵元的阵列设置方法，可实现任意数阵元的阵列设置，且该阵列具有更高的物理孔径、虚拟阵元个数和连续虚拟阵列个数。

现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：

步骤1：根据给定的阵元数W确定改进型互质阵列两个子阵的阵元数量m和n。

步骤2：根据m和n确定两个子阵的阵列间隔d_m和d_n。

步骤3：根据m、n、d_m和d_n确定两个子阵的阵元位置S_m和S_n。

步骤4：构成最终的改进型互质阵列，该阵列阵元位置可表示为S＝S_m∪S_n。

步骤1所述两子阵列的阵元数量m和n为：

(1)当总阵元数W为3的倍数时，即表示为W＝3k，则令R＝k，n＝W-m，q＝0；

(2)当总阵元数W为3的倍数加1时，即表示为W＝3k+1，则令R＝k，n＝W-m，令，q＝1；

(3)当总阵元数W为3的倍数加2时，即表示为W＝3k+2，则令R＝k+1，n＝W-m，q＝2。