[发明专利]一种二维稀疏阵列DOA估计方法

说明书

本发明公开了一种二维稀疏阵列DOA估计方法，包括以下步骤：构造二维稀疏阵列的方向矩阵；基于二维稀疏阵列的方向矩阵，构造其接收信号矩阵；然后计算接收信号矩阵的自相关矩阵；再将自相关矩阵按照分块矩阵的形式进行Topelitz重构得到新的自相关矩阵；最后基于DOA估计算法对新的自相关矩阵进行特征分解，进而估计出接收信号的来波方向。本发明提出的二维稀疏阵列DOA估计方法有效地解决了二维稀疏阵列信号模型估计精度低的问题；同时，在二维阵列缺失阵元较多和信噪比较低的情况下，采用本发明方法的DOA估计依然保持很高的精度。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术，特别是一种二维稀疏阵列DOA估计方法。

背景技术

波达方向估计是阵列信号处理的重要内容，在数字通信、信号处理和目标检测方面得到了广泛应用。二维DOA估计能够同时获得目标的仰角和方位角，具有更广泛的应用价值。平面阵列下的二维DOA估计更能够准确估计目标角度，且平均副瓣较低，不易被噪声、杂波等干扰，但其需要大量的T/R模块等硬件设备，使成本大幅度升高。稀疏阵列可有效减少阵元数目，降低前端设备的数量，缩减设计成本，但同时会影响目标估计精度，使频谱平均副瓣大幅度上升。

现有的二维稀疏阵列DOA估计很多是基于特殊结构的简化面阵，如L阵等。而针对一般的稀疏矩形阵列的DOA估计方法并不多。对于稀疏矩形阵列的DOA估计，可以对阵列接收信号进行补全。也有很多稀疏阵列DOA估计采用矩阵填充技术，但矩阵填充理论都必须满足严格的恢复条件，当缺失阵元数目较多时，采用矩阵填充技术并不能很好的恢复数据矩阵。同时，研究人员往往对基于快拍的数据矩阵进行补全，这就导致如果快拍数较大，DOA估计的运算量也会大大增加。

专利申请号为CN 201910464969.7，发明名称为“基于矩阵填充的嵌套阵阵元失效下的波达方向估计方法及装置”的中国专利。该方法保留了嵌套阵自身的优势，并利用矩阵填充算法填充了更多的阵元来进行DOA估计。该方法虽有效提高了稀疏阵列的DOA估计精度，但只适用于嵌套阵，并不适用于一般的矩形稀疏阵。

专利申请号为CN 201610404072.1，发明名称为“一种稀疏L阵及其二维DOA估计方法”的中国专利。该方法以较少的成本和计算量实现了比已有方式更好的性能。虽然该方法很好地提高了二维DOA估计的测向精度，但它只针对该发明提出的特殊L阵，不具有普遍性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维稀疏阵列DOA估计方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种二维稀疏阵列DOA估计方法，包括以下步骤：

步骤1、构造二维稀疏阵列的方向矩阵；

步骤2、基于步骤1所述阵列的方向矩阵，构造接收信号矩阵；

步骤3、基于步骤2所述接收信号矩阵，计算其自相关矩阵；

步骤4、将自相关矩阵按照分块矩阵的形式进行Topelitz重构得到新的自相关矩阵；

步骤5、基于DOA估计算法对步骤4得到的自相关矩阵进行特征分解，进而估计出接收信号的来波方向。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：1)本发明直接重构接收信号的自相关矩阵，可以有效解决接收信号自相关矩阵缺失数据太多的问题，与基于快拍的数据矩阵补全方法相比，可以大大降低运算量；2)当二维阵列缺失阵元较多时，本发明仍然可以准确估计接收信号的来波方向；3)当信噪比较低时，采用本发明方法的DOA估计依然具有较大精度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明提出的一种二维稀疏阵列DOA估计方法流程图。

图2是二维稀疏阵列模型图。