[发明专利]基于稀疏重构的互质阵列波达方向角估计方法

摘要

本发明公开了一种基于稀疏重构的互质阵列波达方向角估计方法，主要解决现有技术运算量大，需要先验知识多，识别信源数目少，无源定位估计误差大的问题，实现步骤是：天线接收机形成互质线阵；对空间信号采样获得观测数据；由观测数据得到虚拟阵元接收数据矢量；空域网格划分，构造超完备基；用虚拟阵元接收数据矢量与超完备基稀疏关系，建稀疏约束方程；采用凸优化法求解稀疏约束方程，得最稀疏解；以稀疏解与空间角度对应关系，绘制幅度谱图，获得波达方向角度值。本发明在低先验知识的情况下提高了无源测向的精度和运算速度，相同阵元数目，增加了阵列可识别的信源数目，提高了低信噪比下对信号方向角估计精度，可用于目标侦察和无源定位。

主权项

一种基于稀疏重构的互质阵列波达方向角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)用2M+N‑1个天线接收机形成互质阵列，每个天线接收机称为一个阵元，并假设有K个信号入射到该互质阵列，K≥1；1a)用N个天线接收机形成均匀线性阵列1，简称线阵1，用2M‑1个天线接收机形成均匀线性阵列2，简称线阵2，线性阵列1的阵元间距为Md，线性阵列2的阵元间距为Nd，其中N>M≥2且M、N互质，0<d≤λ/2，λ为入射到互质阵列的窄带信号波长，定义线阵1的第一个阵元为互质阵列的阵元0；1b)组合线性阵列1和线性阵列2为互质阵列：将线阵2的第一个阵元放置于与阵元0相距为Nd的位置，线阵2的所有阵元依次插于线阵1中，从互质阵列阵元0开始，由头至尾命名各个阵元依次为阵元0，阵元1，……，阵元2M+N‑2；2)由互质阵列天线接收机对空间目标信号进行采样，得到阵列输出信号Y(t)，定义Ym(t)为第m个阵元的输出信号，m＝0,1,...,2M+N‑2；3)根据互质阵列输出信号Y(t)计算虚拟阵列接收数据矢量y；4)对探测空域波达方向角观测空间进行网格划分，构造超完备基Φ(θ)，并定义一个空域稀疏向量s；5)将探测空域波达方向角估计转化为求解如下稀疏约束方程：min||s||1subject to ||y‑Φ(θ)s||2≤η,s≥0其中s是一个Q×1维的未知矢量，η是需要预先估计的误差分布参量，||·||1表示矩阵的一阶范数，||·||2表示矩阵的二阶范数；6)采用凸优化方法求解稀疏约束方程，得到未知矢量s的最稀疏解7)以波达方向角范围θ＝[θ1,θ2,...,θq,...,θQ]的值为x轴坐标，以向量的幅度值为y轴坐标，绘制幅度谱图，从该幅度谱图中按照从高到低的顺序寻找幅值较大的前K个谱峰，这些谱峰的峰值点所对应的x轴坐标即为目标的波达方向角度值。