[发明专利]一种基于稀疏阵列的DOA跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏阵列的DOA跟踪方法，隶属于波达方向(Direction of Arrival,DOA)跟踪领域，在由一定的形式排列的无源阵元组成的波达方向跟踪系统中应用。具体包括：首先，使用稀疏阵列接收信号，得到每一个时刻的测量信息，对接收到的信号进行虚拟化处理；然后利用DFT算法获得信源起始时刻的DOA估计值；接着通过一阶泰勒展开构造总体最小二乘(TLS)来获取相邻时刻偏移量；最后在已估计出的角度基础上补偿相邻两个时刻的偏移量实现DOA跟踪。该方法可获得很高的估计精度，在性能和复杂度之间取得了良好折中，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于波达方向(Direction of Arrival,DOA)跟踪领域，涉及一种基于稀疏阵列的DOA跟踪方法。

背景技术

稀疏阵列相比传统阵列能够获得更大的阵列孔径及更高的自由度，从而在谱估计精度和分辨率上更有优势。以二级嵌套阵列为例，它的构造方式可以表述为：由两个均匀线阵组成，第一级均匀线阵的阵元数为N₁，阵元间隔为d，第二级均匀线阵的阵元数为N₂，阵元间隔为(N₁+1)d。该阵列结构突破了传统天线阵阵元间距半波长的限制，使得天线孔径得到扩展，能够获得角度估计性能的提升。

现有的DOA估计方法假设信号在一定的观测时间内是不动的，然而，在动态环境中信号源是移动的，因此传统的DOA估计算法不能直接运用到DOA跟踪中。

子空间方法是经典的跟踪算法，它通过更新信号子空间实现DOA跟踪。PAST及其变体PASTd算法都是典型的子空间跟踪算法。PAST通过最小化接收数据与当前子空间估计构建的投影近似之间的加权最小二乘(WLS)误差，递归地找到信号子空间，再借助DOA估计算法实现跟踪。虽然PAST算法在计算复杂度上有优势，但性能较为一般，尤其是在低信噪比时性能较差。

发明内容

本发明提出一种基于稀疏阵列的DOA跟踪方法，该方法首先利用离散傅里叶变换(DFT)算法估计出初始时刻的DOA值，然后通过补偿相邻时刻的偏移量估计出每一个时刻的角度，实现DOA跟踪。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于偏移量补偿的DOA跟踪方法，包括以下步骤：

(1)阵列接收信号；

(2)对初始时刻，即t＝0时刻的接收信号进行DOA估计，估计算法为DFT：求y_ini＝F·z₁的K个峰值得到DOA估计值

其中，K表示信源数，F是一个归一化矩阵，z₁是连续虚拟阵列接收信号。

(3)在处进行泰勒一阶展开求解第t时刻与第t+1时刻之间的偏移量：

其中ξ_k为偏移量的值，t＝0,1,...,N_s，N_s为信源运动时间。

(4)对角度进行偏移量补偿，其中具体的补偿方式是

(5)每一时刻的角度值都是由上一时刻的角度叠加上偏移量获得的，DOA跟踪由此实现。

与传统技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.与传统的PAST、PASTd算法相比，本方法引入泰勒一阶展开，将跟踪问题转化为偏移量累加问题，能够获得更准确的角度估计值，具有更优越的跟踪性能。

2.在低信噪比情况下，本方法的精度有着显著改善。

附图说明

图1为本发明的流程图。