[发明专利]一种具有先验定位角度范围的DOA阵元间距设置方法

说明书

本发明公开了一种具有先验定位角度范围的DOA阵元间距设置方法，包括下列步骤：设已知目标定位的先验角度范围为θ∈[θsubgt;1/subgt;,θsubgt;2/subgt;]，如果是窄带探测信号，用基于带通采样的角度先验窄带信号阵元设置方法求出阵元间距；如果是宽带探测信号，用基于带通采样的角度先验宽带信号阵元设置方法求出阵元间距；用所求出的阵元间距设置传感器阵列，应用现有的算法，如MUSIC或者ESPRIT算法进行DOA估计。当具备探测目标的角度范围的先验信息时，本发明提出的一种具有先验定位角度范围的DOA阵元间距设置方法，使得探测阵列不受限于阵元间距必须小于等于信号源波长的一半的条件，可以有效地提高探测孔径，从而有效地提高DOA估计精度。

技术领域

本发明涉及通信和声纳技术领域，具体涉及一种具有先验定位角度范围的DOA阵元间距设置方法。

背景技术

对波达方向(Direction-of-arrival：DOA)进行估计一直是阵列信号处理领域中活跃的研究方向，其在雷达、声纳、通信、导航、地震探测等领域有广泛的应用。

现有的来波方向估计是将一组传感器按一定方式布置在空间中的不同位置上，形成传感器阵列，通过对阵列接收到的信号进行处理，抑制干扰和噪声，估计出信号源的方向角度。常用的一维阵列大多是均匀线阵；二维阵列有均匀面阵、L型阵列或者是均匀圆阵。根据空间采样定理，传感器阵列中阵元与阵元间的间距d必须要满足小于等于探测信号源波长的一半，否者会引起角度模糊，无法准确估计出信号源的方位。

现有的DOA估计算法中较为经典的方法有：基于特征分解的多重信号分类(MUSIC)算法，以及基于旋转不变子空间(ESPRIT)算法。MUSIC算法构造协方差矩阵，协方差矩阵可以划分为两个空间，信号子空间U_S与噪声子空间U_N。用U_N构造阵列空间谱函数P_MUSIC(θ)，对其搜索寻找波峰来估计到达角θ。ESPRIT算法构造自相关矩阵，用自相关矩阵推导计算出旋转矩阵φ。旋转矩阵φ包含了信号源的角度信息，由此估计出到达角θ。MUSIC算法信号谱的分辨能力与角度分辨力△具有如下关系：

可知，在阵元个数M不变的情况下，阵元间距d提高，可以有效地提高算法的分辨力。对于ESPRIT算法，同样具有提高阵元间距可提高DOA估计分辨力的特点。其他基于这两个算法的改善或者推广的算法也同样具有相同的特点。

考虑实际情况，特别是在主动目标探测与定位应用中，在有探测目标的角度先验信息的时候，可以增大孔径尺寸，从而实现更加精确的目标定位。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种具有先验定位角度范围的DOA阵元间距设置方法，使得探测阵列不受限于阵元间距必须小于等于探测信号源波长的一半的条件，可以有效地提高探测孔径，从而提高DOA估计精度。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种具有先验定位角度范围的DOA阵元间距设置方法，所述DOA阵元间距设置方法包括以下步骤：

S1、设已知目标定位的先验角度范围为θ∈[θ₁,θ₂]，如果是窄带探测信号，采用基于带通采样的角度先验窄带信号阵元设置方法求出阵元间距，由先验角度范围得到接收序列的频率范围，结合带通采样得到满足信号无失真采样的阵元间距范围；如果是宽带探测信号，采用基于带通采样的角度先验宽带信号阵元设置方法求出阵元间距，先从频域上将宽带信号划分成多个视为窄带信号的子带信号，对每一个子带信号应用窄带方法求出每一个子带信号无失真采样的阵元间距范围，最后求出每一个子带信号无失真采样的阵元间距范围的交集作为宽带信号的阵元间距范围；

S2、采用步骤S1求出的阵元间距设置传感器阵列，应用MUSIC或者ESPRIT算法进行DOA估计。