[发明专利]一种用于DOA估计的灵活互质阵列

说明书

本发明提供一种基于互质阵，便于应用于DOA估计。阵列结构为：包括在一条直线上排布的三个子阵，分别为依次排布的第一子阵和第二子阵，还有第三子阵；第一子阵包括Nsubgt;1/subgt;个阵元，阵元均匀排布，相邻阵元之间的间距为α；第二个子阵包括阵元个数为Nsubgt;2/subgt;，阵元均匀排布，相邻阵元之间的间距为β；第一子阵与第二子阵的相邻阵元之间的间距为α+β；第三个子阵的第一个阵元位置为β‑α，第二个阵元位置为2β，其余阵元为均匀排布，相邻阵元之间的间距为β，阵元个数为Nsubgt;3/subgt;；其中α和β为互质整数，β＞α，并且满足设定的关系。本发明设计的基于自由度和互耦联合优化的灵活互质阵结构，可提升目标角度分辨精度。

技术领域

本发明涉及目标检测和跟踪技术领域，更具体地说，涉及一种用于DOA(Directionof Arrival,波达方向)估计的新的阵列排布方法。

背景技术

新技术革命浪潮下，高超声速目标、超低空突防、隐身飞机、复杂电子对抗等现代技术手段的快速发展给现有空间和空中安全带来严峻挑战。因此，利用新型阵列设计理论开展多目标DOA估计算法研究，实现对敌方目标的快速有效定位，对于空间和空中安全具有重要的现实意义。

设计良好的阵列结构来接收雷达回波，是进行DOA估计的基础。DOA估计采用均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA)、平行线阵、L型线阵、均匀圆阵和均匀面阵等常见拓扑结构阵列接收雷达回波时，为避免角度模糊，阵元间距相等且不大于半波长，但也因此产生了如下问题：信号频率过高时，较小的阵元间距使物理布阵难以实现，且会产生较大的阵元互耦；高分辨意味着较大的阵列孔径，更多的物理阵元会进一步增大系统成本和复杂度。稀疏阵列因能够克服阵元间距的限制条件而得到了巨大发展和广泛应用，如嵌套阵(NestedArray, NA)和互质阵(Co-Prime Array,CPA)。相比于传统阵列，稀疏阵列在提高估计精度、增强角度分辨力和降低物理成本等方面具有巨大优势：较大的阵元间距能够进一步扩展虚拟孔径，进而增大可检测信源个数和角度分辨力；阵元间距的增大也能够有效抑制阵元互耦效应和接收噪声相干性，进而提高估计精度；较低的阵元冗余度能够有效降低资源浪费和提升运算速度等。嵌套阵和互质阵无需搜索计算阵元位置且具有明确的虚拟阵元解析表达式，在工程上更易实现，也因此取得了巨大进展。参考文献[1]嵌套阵具有高自由度但互耦较大，参考文献 [2]互质阵具有低互耦但自由度相对较小。为此，从嵌套阵和互质阵的共有规律出发设计兼顾互耦和自由度的新型阵列结构对开展DOA估计具有重要意义，但当前研究不够系统、不够深入，尚未充分挖掘其性能优势。

发明内容

为克服现有技术中的不足和缺点，本发明提供一种基于灵活互质阵列，FCA能够基于自由度和互耦率联合优化设计，方便应用于DOA估计。

本发明的技术方案是：一种互质阵列，其特征在于，阵列结构为：

包括在一条直线上排布的三个子阵，分别为依次排布的第一子阵和第二子阵，还有第三子阵；第一子阵包括N₁个阵元，阵元均匀排布，相邻阵元之间的间距为α；第二个子阵包括阵元个数为N₂，阵元均匀排布，相邻阵元之间的间距为β；第一子阵与第二子阵的相邻阵元之间的间距为α+β；第三个子阵的第一个阵元位置为β-α，第二个阵元位置为2β，其余阵元为均匀排布，相邻阵元之间的间距为β，阵元个数为N₃；其中α和β为互质整数，β＞α，并且满足下式：

上式中，表示N₁为最接近的整数。

本发明的有益效果：以子阵阵元间距为灵活互质因子，结合“差联合阵列”的基本规律，构建虚拟连续阵元的解析表达式，建立虚拟阵元与互质因子、各子阵阵元数之间的函数关系。以虚拟阵元最大化和互耦最小化为目标建立优化模型，设计基于自由度和互耦联合优化的灵活互质阵(Flexible Coprime Array,FCA)结构，可提升目标角度分辨精度。

附图说明