[发明专利]基于无空洞互质阵列结构的欠定波达方向估计方法

说明书

本发明涉及信号处理技术领域，具体的说，是一种基于无空洞互质阵列结构的欠定波达方向估计方法，其特征在于，设计基本互质阵结构，并利用无空洞的虚拟阵列接收的等效单快拍数据通过SS‑MUSIC算法实现信号波达方向估计，所述利用无空洞的虚拟阵列接收的等效单快拍数据通过SS‑MUSIC算法实现信号波达方向估计是指：利用天线阵列接收辐射源信号，然后依次构造协方差矩阵、对协方差矩阵预处理、空间平滑处理后，根据信源数得到信号子空间，得到信号波达方向。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体的说，是一种基于无空洞互质阵列结构的欠定波达方向估计方法。

背景技术

波达方向估计致力于获取来波方向，进而为辐射源定位、跟踪和识别提供依据，常常应用于通信、雷达、声呐等领域。以多重信号分类和旋转不变子空间为代表的子空间类算法的提出，实现了传统空间谱估计向超分辨测角的飞跃，但电磁环境逐渐复杂、信号形式多样复杂、辐射源数量远大于接收阵列的阵元数，多重信号分类和旋转不变子空间等经典算法均会失效。针对此问题，解决欠定波达方向估计的稀疏阵列应运而生。而互质阵列凭借其低耦合、高自由度的优势成为稀疏阵列的主要研究阵型之一。

经典互质阵是由两个均匀线阵——N个阵元以Md为间距组成的子阵1以及M个阵元以Nd为间距组成的子阵2——按照共用参考阵元的布阵方式组成的稀疏阵列。其中(M,N)为一对互质数，d为半波长。经典互质阵利用(M+N-1)个阵元，理论上可估计O(MN)个信号。但由于虚拟阵列中存在空洞，实际可估计的信号数仅为2(M+N)-1个，限制了可估计信源数；因此设计无空洞的、可以灵活布阵的互质阵具有非常重要的研究意义。

发明内容：

本发明针对互质阵普遍存在空洞、阵列结构无法适应任意孔径的问题，提出了一种通过在负半轴铺设子阵，利用伸缩因子k₁和k₂控制阵元个数，并选取特定的互质数对(2,3)作为阵元间距以达到虚拟阵列无空洞设计要求的无空洞的基本互质阵结构，同时利用该无空洞的虚拟阵列接收的等效单快拍数据通过SS-MUSIC算法实现DOA估计。

本发明通过以下措施达到：

一种基于无空洞互质阵列结构的欠定波达方向估计方法，其特征在于，设计基本互质阵结构，并利用无空洞的虚拟阵列接收的等效单快拍数据通过SS-MUSIC算法实现信号波达方向估计，所述设计基本互质阵结构具体包括以下内容：假设接收阵列为互质阵，由两个阵元间距为Md和Nd的均匀线阵组成，其中，M和N是一对互质数，阵元位置为

在互质阵的负半轴布置子阵阵元位置为

引入控制阵元数的伸缩因子k₁,k₂，则整个阵列的阵元位置为

选取特定的互质数对(2,3)作为两子阵的阵元间距，两子阵的阵元位置为

将子阵1的阵元数减少至2个，则子阵1和子阵2的阵元位置为

此时整个阵列共包含L＝2(k₁+k₂)+1个阵元，分布情况为

阵列孔径为D_aperture＝6(k₁+k₂)-5＝3L-8。

本发明所述利用无空洞的虚拟阵列接收的等效单快拍数据通过SS-MUSIC算法实现信号波达方向估计是指：利用天线阵列接收辐射源信号，然后依次构造协方差矩阵、对协方差矩阵预处理、空间平滑处理后，根据信源数得到信号子空间，得到信号波达方向。