[发明专利]一种基于互质圆阵的低复杂度DOA估计方法

说明书

本发明公开了一种基于互质圆阵的低复杂度DOA估计方法，其特征包括如下步骤：根据两子阵接收数据构造互协方差矩阵；利用圆阵阵元位置中心对称性，得到增强协方差矩阵；利用改进传播算子方法构造分别与方向矩阵正交的投影矩阵；根据导向矢量与投影矩阵的正交性，构造两个子阵的空间谱；最后分别由其中一子阵谱峰代入另一子阵空间谱，取函数值最大的K个值对应角度值作为一组估计值，共两组，从中寻找对应最接近的两个值并分为一对，共K对，对此K对值分别取平均作为最终估计值。本发明设计的一种新的圆阵阵列结构能够有效增大了阵列孔径，避免构建总体协方差矩阵，降低计算复杂度，且具有更高的估计精度。

技术领域

本发明涉及无线测向技术领域，尤其涉及一种基于互质圆阵的低复杂度DOA估计方法。

背景技术

针对圆阵的波达方向(Direction of Arrival，DOA)估计，由于圆阵的导向矢量不符合范德蒙形式，传统线阵的DOA估计方法不可直接应用于圆阵，需经过波束转换将圆阵导向矢量变成范德蒙形式再进行波达方向估计。同时，传统圆阵阵元均匀紧密排列在圆上，相邻阵元的互耦效应造成的估计误差大于传统线阵，因此，针对于降低均匀圆阵的互耦效应，设计稀疏的圆阵阵列结构具有重要意义。

传统波束转换技术要求相邻阵元间距小于半波长，相邻阵元间距较小，容易出现互耦效应，而且由于需要特征值分解，复杂度较高。互质圆阵属于一种稀疏阵列，它由两个半径互质的同心圆构成，扩大了阵列孔径，拉大了阵元间距，降低了互耦效应。同时，通过构造与方向矩阵正交的投影矩阵，避免的特征值分解，降低了计算复杂度，易于实时处理。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的不足，提供一种基于互质圆阵的低复杂度DOA估计方法，解决的相邻阵元的相位模糊问题，增大了阵列孔径，具有重要的工程应用价值。

本发明为实现上述目的提供以下技术方案：

提供一种基于互质圆阵的低复杂度DOA估计方法。其基本思想为：首先，由两子阵接收矢量构造互协方差矩阵。其次，利用圆阵阵元位置中心对称性，基于空间平滑思想，得到增强协方差矩阵。然后利用改进传播算子方法构造分别与方向矩阵正交的投影矩阵，根据导向矢量与投影矩阵的正交性，构造两个子阵的空间谱。最后分别把其中一子阵谱峰代入另一子阵空间谱，取函数值最大的K个值对应角度值作为一组估计值，共两组。从中寻找对应最接近的两个值并分为一对，共K对，对此K对值分别取平均作为最终估计值。

本发明特征在于具体包括以下步骤：

步骤1：由两子阵接收矢量构造互协方差矩阵。

基于互质圆阵的每个子阵阵元位置关于坐标原点中心对称，对阵元位置虚拟重排序为[1,2,...,N/2,N,...,N/2+2,N/2+1]，N为阵元数，对应导向矢量可重写为

a(θ)＝[a₁(θ),...,a_N/2(θ),a_N(θ),...,a_N/2+1(θ)]^T

则有

a(θ)＝Ja^*(θ)

其中，J为反对角单位矩阵。

根据阵元虚拟重排序后的导向矢量a(θ)得到新的接收矢量y₁,y₂，然后利用两个子阵接收矢量构造互协方差矩阵

其中，R_s＝E[SS^H]为信源协方差矩阵。

步骤2：利用圆阵阵元位置中心对称性，基于空间平滑思想，得到增强协方差矩阵。

由于实际中R₁₂由有限次采样替代：