[发明专利]一种基于位置聚类动态稀疏重构的二维到达角度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于位置聚类动态稀疏重构的二维到达角度测量方法，本发明给出了运动平台对地面固定目标二维到达角度测量的新方法，能够在平台飞行过程中实时测量输出目标到达角度。该方法首先通过目标位置聚类动态构建冗余字典，避免了全视场范围内的角度搜索，减小了冗余字典的长度，降低了稀疏重构的运算量，提高了角度计算效率，提高了平台角度测量的实时性。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域的测向技术，具体而言是一种可利用天线阵列实现对多辐射源信号二维到达角度快速测量的方法。

背景技术

现有的阵列测向算法以多重信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)方法和稀疏重构方法为主要代表。

对于空间中K个远场信号入射到阵列上，t时刻的阵列接收数据x(t)为：

式中表示第k个信号的俯仰、方位到达角度，s(t)为信号矢量，n(t)为噪声矢量。

现有的MUSIC测向算法将阵列接收数据协方差矩阵进行特征值分解，利用信号子空间与噪声子空间的正交性，通过角度平面二维搜索过程得到空间谱，谱峰极大值的位置对应信号的二维到达角度，谱峰搜索计算公式为

现有的基于稀疏重构的测量方法利用信号来波方向在空域上的稀疏性，构建角度冗余字典，得到信号的稀疏表示模型，并通过求解稀疏向量z(t)中非零系数的位置得到空间信号的二维到达角度，冗余字典和稀疏重构模型如式(3)～式(4)所示：

x(t)＝Dz(t)+n(t)                            (4)

现有的MUSIC算法和稀疏重构算法都需要通过角度域的二维搜索进行信号的到达角度测量，但是大视场范围和高精度角度测量会导致搜索网格划分密集，谱峰搜索或稀疏重构求解的计算量增大，角度计算效率下降明显，难以满足平台实时处理的要求。

发明内容

本发明的目的在于，针对大视场范围内二维到达角度测量运算量大，难以满足运动平台实时测向要求的问题，提出了一种基于位置聚类动态稀疏重构的二维到达角度测量方法。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于位置聚类动态稀疏重构的二维到达角度测量方法，令：阵地上布置了K个固定目标，第k个目标在北天东坐标系下的位置E_k＝[x_e,y_e,z_e]^T，k＝1,2,...K；平台飞行过程中，t时刻在北天东坐标系下的位置M(t)＝[x_m,y_m,z_m]^T，姿态角为G(t)＝[p_g,c_g,r_g]^T；

构建天线阵列模型，平台沿X轴方向运动，N个天线按照环形方式排列在yoz平面上；K个远场窄带目标信号入射到天线阵列上，其中第k个目标的俯仰、方位角度为其中，E_xoy、E_xoz分别为E_K在xoy和xoz平面的投影，分别为E_xoy和E_xoz与x轴的夹角，由空间几何位置关系可得，

所述二维到达角度测量方法至少包括：

S1：基于目标信号在空域的稀疏性，构建冗余字典得到空域的稀疏表示模型；

S2：将阵列接受数据在冗余字典上进行稀疏重构，得到稀疏矢量z(t)，并根据z(t)中非零元素的位置得到信号的到达角度；