[发明专利]传感器阵列的信号处理方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明实施例公开了一种传感器阵列的信号处理方法、装置、设备及存储介质，其中，所述传感器阵列的信号处理方法，包括：真实阵列分布分配；真实阵列规模设置；虚拟阵列生成；差分合成阵列生成；设置目标函数；阵列优化。由信号频谱虚拟出有效阵元，使得无需设置阵元间距为半波长也能保证阵列对伪峰的抑制能力，有效降低阵元间的互耦效应；同时，由于从信号带宽虚拟出有效阵元，在形成差分合成阵列时，极大提升了合成阵列的规模，继而提升了合成阵列的自由度与对到达角的分辨能力；通过优化阵列位置，实现了合成阵列方向图性能的提升，改善了对信号二维到达角估计的性能。

技术领域

本发明涉及阵列设置技术领域，主要指一种传感器阵列的信号处理方法、装置、设备及存储介质，尤其指一种用于宽带信号到达角估计的传感器阵列的信号处理方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

阵列信号处理作为信号处理的一个重要分支，在通信、雷达、声纳、地震勘探和射电天文等领域内获得了广泛应用和迅速发展，其目的主要是对阵列接收到的信号进行处理，增强所需要的有用信号，抑制无用的干扰和噪声，并提取有用的信号特征以及信号所包含的信息。阵列信号处理广泛应用于雷达、声呐以及通信等领域，其经典的阵列信号的到达角估计方法，如多重信号分类算法算法、旋转不变子空间算法等已被广泛研究与拓展，部分学者还研究了基于稀疏重构的到达角估计方法。随着研究的深入，为了提升阵列的估计性能以及降低阵元间的互耦效应，学者们研究了稀疏阵的设计，经典的稀疏阵包括最小冗余阵列、嵌套阵列列以及互质阵等，大部分研究由接收信号的二阶统计量构造合成阵列，实现阵元数量的扩展，再采用稀疏重构或谱估计方法进行到达角估计。在稀疏阵列设计的研究中，大部分的工作围绕一维阵列开展，少部分围绕二维阵列的工作也主要基于窄带信号模型假设。

综上所述，如何在宽带信号模型下进行二维阵列设计以提升阵列性能还有鲜有研究，而为数不多的现有的二维阵列设计包括二维嵌套阵列以及二维互质阵列，而这些二维阵列设计具有如下缺陷：

1.现有提出的二维阵列仍然存在间距为半波长的阵元对，即仍然存在阵元间的互耦现象。

2.现有二维阵列的设计没有充分考虑合成阵列的方向图，即忽视了对信号源的分辨能力。

3.现有的二维阵列设计均基于窄带信号模型开展，鲜有围绕宽带模型开展的。

发明内容

本发明实施例提供了一种传感器阵列的信号处理方法、装置、设备及存储介质，解决了阵元数少于信号源数场景下如何设计阵列以实现对宽带信号二维到达角高性能估计的问题。

本发明实施例提供了一种传感器阵列的信号处理方法，包括：

真实阵列分布分配，其包括在二维平面上设置阵元；

真实阵列规模设置，其包括设置阵列的最大规模；

虚拟阵列生成，其包括在二维平面上形成阵元位置；

差分合成阵列生成，其包括形成差分合成阵列的位置；

设置目标函数，其包括定义优化目标；

阵列优化，其包括采用遗传算法进行阵元位置优化；

其中，所述真实阵列是将一组传感器按一定方式布置在空间不同位置上形成的传感器阵列。

进一步的，所述真实阵列分布分配的方法，具体包括：对于阵元数为3M+1的阵列，在二维平面的原点上设置阵元，在二维平面的X轴、二维平面的Y轴以及二维平面的对角线上各放置M个阵元，二维平面的Y轴上的阵元为二维平面的X轴上的阵元可表示为二维平面的对角线上的阵元可表示为(k_md_c，k_md_c)其中d_c为对应频率f_c的半波长，M为正整数，真实阵列位置的集合为