[发明专利]一种基于对称平行嵌套阵的二维DOA估计方法

权利要求书

1.一种基于对称平行嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，包括：

根据第一子阵和第二子阵构建天线阵列，并通过阵列传感器阵元得到第一接收数据和第二接收数据；

根据所述第一接收数据，得到虚拟优化阵对应的第一自协方差矩阵；

根据所述第一接收数据和所述第二接收数据，得到虚拟优化阵对应的第二自协方差矩阵；

根据所述第一自协方差矩阵和所述第二自协方差矩阵，构建第三自协方差矩阵并计算传播算子；

根据所述传播算子得到基于x轴和y轴的第一余弦估计值和第二余弦估计值；

根据所述第一余弦估计值和所述第二余弦估计值计算出对应的方位角和俯仰角的估计值；

根据所述第一接收数据和所述第二接收数据，得到虚拟优化阵对应的第二自协方差矩阵，包括：

将根据所述第一接收数据和所述第二接收数据得到的互协方差矩阵向量化并去冗余，同时对缺失元素补零得到第二观测矢量，并根据所述第二观测矢量构建托普利茨矩阵，同时采用奇异值阈值算法对矩阵中的零元素进行填充，得到虚拟优化阵对应的第二自协方差矩阵；

其中，将第一子阵和第二子阵构建一个对称平行嵌套阵，其中，所述第一子阵和所述第二子阵为两个间距为d的相互平行的子阵，其中，d＝λ/2为单位间距，λ表示信号波长；每个子阵均是一个嵌套阵且都有M个阵元，M₁为所述第一子阵密集ULA的阵元数，阵元间距为d₁＝d，M₂为所述第一子阵稀疏ULA的阵元数，阵元间距为d₂＝(M₁+1)d₁，且有M₂＝M₁+1，则所述第一子阵的阵列参数表示为(M₁,M₂)，阵元位置表示为(0,z_id₁)，其中z_i属于集合所述第二子阵也是一个嵌套阵，该嵌套阵的阵列参数为(M₂,M₁)，阵元位置表示为(d,z_i′d₁)，其中z_i′属于集合并根据所述对称平行嵌套阵接收的多个不相关的远场窄带信号，通过阵列传感器阵元得到第一子阵和所述第二子阵对应的第一接收数据和第二接收数据。

2.如权利要求1所述的一种基于对称平行嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述第一接收数据，得到虚拟优化阵对应的第一自协方差矩阵，包括：

根据所述第一接收数据，得到对应的第一自协方差矩阵，然后将所述第一自协方差矩阵向量化并去冗余后，得到第一观测矢量，并根据所述第一观测矢量构建托普利茨矩阵，得到虚拟优化阵对应的第一自协方差矩阵。

3.如权利要求2所述的一种基于对称平行嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述第一自协方差矩阵和所述第二自协方差矩阵，构建第三自协方差矩阵并计算传播算子，包括：

根据所述第一自协方差矩阵和所述第二自协方差矩阵，构建一个多维的第三自协方差矩阵后，将所述第三自协方差矩阵划分为第三子矩阵和第四子矩阵，并结合F-范数和广义逆矩阵，得到传播算子。

4.如权利要求3所述的一种基于对称平行嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述传播算子得到基于x轴和y轴的第一余弦估计值和第二余弦估计值，包括：

将根据所述传播算子得到的第五矩阵划分为第六子矩阵和第七子矩阵后，利用广义逆矩阵得到第八矩阵，并结合所述第八矩阵的特征值，计算出第一余弦估计值，其中，所述第一余弦估计值为接收信号入射方向与x轴的夹角余弦值。

5.如权利要求4所述的一种基于对称平行嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述传播算子得到基于x轴和y轴的第一余弦估计值和第二余弦估计值，还包括：

将根据所述第五矩阵和所述第八矩阵得到的矩阵划分为第九矩阵和第十矩阵，并利用广义逆矩阵得到旋转矩阵后，根据所述旋转矩阵的对角元素，计算出第二余弦估计值，其中，所述第二余弦估计值为所述接收信号入射方向与y轴的余弦值。

6.如权利要求5所述的一种基于对称平行嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述第一余弦估计值和所述第二余弦估计值计算出对应的方位角和俯仰角的估计值，包括：

将所述第一余弦估计值和所述第二余弦估计值做除法后，进行正切的负一次方计算，得到对应的方位角，将所述第一余弦估计值和所述第二余弦估计值的平方求和开根号后，进行正弦的负一次方计算，得到对应的俯仰角的估计值。