[发明专利]基于四阶和差联合协同阵的非圆信号DOA估计方法及系统

说明书

本申请实施例公开一种基于四阶和差联合协同阵的非圆信号DOA估计方法，其特征在于，包括：S1、远场探测场景模块定位需跟踪的远场标签目标，包含Q个远场窄带非圆非高斯信号源，所述Q个远场窄带非圆非高斯信号源方位角为{θ₁,...,θ_Q}；S2、线性雷达阵列系统接收所述远场窄带非圆非高斯信号源，得到接收信号；S3、利用所述接收信号构建增广四阶累积量矩阵；S4、对所述增广累积量矩阵应用矢量化技术，得到四阶和差联合协同阵；S5、采用非圆相位分离与协同阵谱估计技术完成DOA估计。本申请提供了使用累积量技术构造和差协同阵的策略，构建了有更高自由度的新型四阶和差联合协同阵，便于模块化处理，适合GPU并行计算，提升了效率。

技术领域

本申请涉及阵列信号处理技术领域，更具体地，本申请涉及一种基于四阶和差联合协同阵的非圆信号DOA估计方法及系统。

背景技术

对传感器阵列采集到的多信号进行DOA估计是阵列信号处理领域中的研究热点。传统的DOA估计方法采用均匀线性阵列作为阵列模型，其DOA 估计性能受限于物理阵列的孔径，阵列模型为N阵元均匀线阵的传统估计方法最多只能估计N-1个信号源。为了具备能够检测数量超过阵元数目的信号源的能力，协同阵的概念应运而生。

协同阵是一种新型的虚拟阵，目前研究最为广泛的一种协同阵是差分协同阵(见文献1：Liu,C.and Vaidyanathan,P.,“Robustness of difference coarrays of sparsearrays to sensor failures—Part I:A theory motivated by coarray MUSIC”. IEEETransactions on Signal Processing,2019.67(12),pp.3213-3226)，差分协同阵是利用信号协方差矩阵中任意元素相位呈现阵元位置差分形式这一特性构建的，其具有较高的自由度，将协同阵概念应用到N阵元稀疏阵列模型可以检测多达O(N²)数量级的目标。然而，基于差分协同阵的估计方法的信号模型局限于圆信号，圆信号只能使用信号协方差的信息，这不利于充分挖掘信号统计信息。

非圆信号(见文献2：Abeida,H.and Delmas,J.,“MUSIC-like estimation ofdirection of arrival for noncircular sources”.IEEE Transactions on SignalProcessing,2006.54(7),pp.2678-2690)是相对于圆信号的另一种广泛应用于多种应用场景的信号模型，其不仅可以利用信号协方差信息，也可以利用信号椭圆协方差信息。这种非圆性质有利于提升检测自由度。传统的非圆DOA 估计算法就是利用这种非圆性质构建经典非圆虚拟阵，该虚拟阵由物理阵列与相应的翻转阵列组成，使用N物理阵元可检测最多2(N-1)个目标。传统的非圆DOA估计算法局限于均匀线阵模型，这极大限制了算法的自由度扩展能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于四阶和差联合协同阵的非圆信号DOA 估计方法和系统，具有良好的移植性和普适性，具有更高的自由度，便于模块化处理，在信号处理器中适合GPU并行计算，提升处理效率。

为了达到上述目的中至少一个，本申请采用下述技术方案：

本申请第一方面提供一种基于四阶和差联合协同阵的非圆信号DOA估计方法，包括：

S1、远场探测场景模块定位需跟踪的远场标签目标，包含Q个远场窄带非圆非高斯信号源，所述Q个远场窄带非圆非高斯信号源方位角为{θ₁,...,θ_Q}；

S2、线性雷达阵列系统接收所述远场窄带非圆非高斯信号源，得到接收信号；

S3、利用所述接收信号构建增广四阶累积量矩阵；

S4、对所述增广累积量矩阵应用矢量化技术，得到四阶和差联合协同阵；