[发明专利]一种基于和差协同阵构建的改进L型阵列设计方法

说明书

本发明公开了一种基于和差协同阵构建的改进L型阵列设计方法，通过对传统L型阵列进行稀疏化排布设计，利用协方差恢复算法能够等效出具有大范围连续段的和差协同阵以用于阵列测向，其实现步骤是：计算阵元间距基本单元，确定L型阵列的阵元数和阵元位置，将选定位置上的阵元移到以原点为中心对称的对应位置上。本发明可以在相同阵元数的条件下，有效增大阵列的自由度，提高波达方向的估计精度，提高空间目标探测能力，减少阵列运行成本。

技术领域：

本发明属于阵列信号处理技术领域，尤其涉及一种改进L型阵列的构建方法，可用于生成高自由度的 和差协同阵列。

技术背景：

波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计是阵列信号处理领域的一个重要研究分支，它在雷达、 通信和射电天文领域有广泛应用。传统DOA估计技术多利用规则排布、阵元间隔小于等于半波长的均匀线 性阵列或均匀矩形阵列。这种均匀排布方式，保证了信号的空间谱形式唯一，空间信息无混叠，并能通过 谱函数唯一辨识空间探测目标，获得有用参数的唯一估计。然而，这些阵列结构中密集排布的阵元会导致 严重的互耦效应，进而严重影响估计精度。此外这些结构也有着极高的计算复杂度和硬件成本。

为改进上述密集天线阵列排布结构，相邻阵元间距应当进一步增大。基于此想法，许多稀疏阵列被相 继提出。其中在二维领域，L型阵列得到了广泛地应用。该阵列在xOy平面的x轴和y轴上分别以原点为 起点布置两条均匀线性阵列。一方面，该种阵列与传统的均匀矩形阵列相比极大降低了密集排布的阵元个 数；另一方面，在相同阵元个数的前提下，L型阵列通过结合差分协同阵列的概念能够获得一个无孔虚拟 阵，进而获得比均匀矩形阵列更高的自由度。但是，由于L型阵列在每条轴线上的子阵列依旧为阵元密集 排布的均匀线性阵列，可以通过设计更为稀疏的阵元排布以获得更小的阵元间互耦效应。同时，目前对于 平面阵列的虚拟阵的研究多是基于差分协同阵概念设计的，而差分协同阵的孔径扩展能力有限。联合利用 差分协同阵与其他类型的协同阵，比如由正和协同阵和负和协同阵并集组成的和协同阵，可以突破差分协 同阵的孔径扩展受限性，进一步增加自由度。

因此，如何设计一种改进的L型阵列，使其基于和差协同阵的概念获得更高自由度(即更长连续段)， 并通过阵元稀疏排布降低天线耦合效应，对于实际应用有着重要的意义。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种L型阵列的优化布阵方案，使其最终产生 的差分协同阵与和协同阵能够组合成具有更大虚拟孔径的协同阵，以有效提高阵列的自由度并降低耦合效 应。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的，它包括步骤如下：

(1)用d表示阵元间距的基本单元，将其取为半波长，即d＝λ/2；λ表示阵列入射信号的波长；

(2)根据阵列给定的总阵元数N，选取两个正整数N_x,N_y作为阵元参数，且N＝N_x+N_y+1；

(3)在xOy坐标平面上分别构建L型阵列的两个均匀线性子阵列，每个子阵列中相邻阵元间距均为d； 其中一个子阵列分布在x轴上，由N_x+1个阵元组成，记为X，X＝＝{(n_x,0)|n_x∈[0,N_x]}，其中n_x为整数； 另一个子阵列分布在y轴上，由N_y个阵元组成，记为Y，Y＝＝{(0,n_y)|n_y∈[1,N_y]}，其中n_y为整数；