[发明专利]基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法

说明书

本发明公开了一种基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法，包括：基于互质阵列、增广扩展阵列构建EEAS‑NA‑CPA结构的稀疏阵列；根据所述稀疏阵列获取阵列接收信号；计算阵列接收信号的四阶累积量；对所述阵列接收信号的四阶累积量重新构建得到新的列向量；根据所述新的列向量构建空间平滑矩阵；对所述空间平滑矩阵进行子空间分解实现DOA估计。本发明EEAS‑NA‑CPA可以获得更大的连续滞后数，以及用更高的精度检测到更多的信号源，提出的基于EEAS‑NA‑CPA结构的DOA估计可以获得更好的性能。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种基于互质阵列和增 广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法。

背景技术

信号的波达方向(Direction-of-Arrival，简称DOA)估计是雷达、声 纳和无线通信等阵列信号处理中的一项基本任务。

传统的DOA估计方法，如多重信号分类算法(Multiple Signal Classification，简称MUSIC)和旋转不变性子空间类算法(Estimating Signal Parameter via rotationalInvariance Techniques，简称ESPRIT)，大多基于二阶 统计量，带来了可识别信号源数量、建模误差和高斯有色噪声等局限性。 20世纪80年代末，相关研究人员将四阶累积量的概念与DOA估计方法相 结合，发现了针对非高斯源的相关方法，克服了传统DOA估计方法的许多局限性。1999年，P.Chevalier和A.Ferreol提出了虚拟阵列的概念，它解 释了四阶累积量在DOA估计中的作用。此外，在2006年提出了基于虚拟 阵列的2q-MUSIC算法，该算法利用任意2q阶累积量进行DOA估计，从 而大大增加了自由度。此后，许多基于高阶累积量的DOA估计改进算法被 提出。随着q的增加，基于2q阶累积量的算法的计算量和分析复杂度迅速 增加，特别研究了基于四阶DOA估计方法。在“Ahmed,A.；Zhang Y.D.； Himed,B.Effectivenested array design for fourth-order cumulant-based DOA estimation.In2017IEEE Radar Conference(RadarConf),Seattle,WA,2017,pp. 0998-1002.doi:10.1109/RADAR.2017.7944349.”中，通过进一步扩大传统二级嵌套阵的相邻物理间距，提出了一种基于四阶累积量的有效算法。而在 “Shen,Q.；Liu,W.；Cui W.；Wu,S.Extensionof Co-Prime Arrays Based on the Fourth-Order Difference Co-Array Concept.IEEESignal Process Lett,2016,23,615-619.doi:10.1109/LSP.2016.2539324.”中，提出了一种基于互质阵列构建 四阶差分虚拟阵列的稀疏阵列(Sparse Array with four-oderdifference co-array enhanced based on CPA，简称SAFE-CPA)方法，即在传统互质阵列的基础上添加一组均匀子阵，当天线数量与“Cai,J.；Liu,W.；Zong R.Shen,Q. AnExpanding and Shift Scheme for Constructing Fourth-Order DifferenceCoarrays.IEEE Signal Process Lett,2017,24,480-484.doi: 10.1109/LSP.2017.2664500.”中一些基于EAS算法的稀疏阵列相同时，如扩 展移位的嵌套阵列-互质阵列(Expanding and Shift Scheme for NA-CPA，简称 EAS-NA-CPA)，从而获得更大的自由度。

但是，上述几种通过构建四阶差分虚拟阵列的方法，均无法获得足够 大的连续滞后数，从而导致无法获得更高的精度检测更多的信号源，进而 影响DOA估计精度。

发明内容