[发明专利]一种通用基于扩展ESPRIT技术的空间谱估计方法

摘要

本发明涉及一种通用基于扩展ESPRIT技术的空间谱估计方法，该方法引入一个虚拟参考阵列，该虚拟阵列由实际阵列的阵元位置决定，并由实际阵列与虚拟阵列对应阵元之间的位置差以及一个相位补偿角度来定义一个相位补偿矩阵；相位补偿矩阵是一个对角酉矩阵，利用该酉矩阵对原始信号特征空间进行相位补偿，再对经过补偿后的信号特征空间施行经典的ESPRIT算法得到多个角度估计，但仅输出一个角度估计，该角度与输入的相位补偿角度最为接近，同时输出该角度估计对应的拟合矩阵的特征值。利用输出的角度估值以及对应的特征值就可以计算出新定义的通用ESPRIT空间谱，并且当且仅当在真实信号入射角度处该通用ESPRIT空间谱具有一个谱峰，因此在参数空间中搜素通用ESPRIT空间谱的谱峰就能得到空间信号的波达方向估计。

主权项

1.一种通用基于扩展ESPRIT技术的空间谱估计方法，其特征在于：该方法适用于任意阵列，包括但不限于随机稀疏阵列；该方法包括以下步骤：S1：将经典的ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques，旋转不变技术估计信号参数技术)算法修改成扩展ESPRIT算法；S2：利用扩展ESPRIT算法的输出定义一种通用ESPRIT空间谱；S3：通过搜索通用ESPRIT空间谱的谱峰位置得到最终信号的DoA估计；在步骤S1中，所述的扩展ESPRIT算法是指首先从接收数据获得特征信号子空间的估计；然后引入一个称为相位补偿角度的辅助输入变量，基于该变量和阵元位置就可计算得到一个相位补偿矩阵，从而对原始的特征信号子空间进行酉变换；对经过变换更新后的信号空间施行经典的ESPRIT算法，得到一个(单信号情况)或多个(多信号情况)角度估计，但只输出与输入相位补偿角度最接近的那个角度估值，并同时输出该角度估值对应的两子阵列信号空间拟合矩阵的特征值；所述扩展ESPRIT算法具体包括以下步骤：S11：根据实际阵列天线阵元的位置矢量x＝[x1,x2,…,xM]T来确定相位补偿矩阵Γ(θ)，其中θ为相位补偿角，M为阵元数量；真实阵列和虚拟参考阵列的位置差矢量Δ＝[Δ1,Δ2,…,ΔM]：＝x‑x′；虚拟参考阵列相邻两阵元之间的距离d＝(xM‑x1)/(M‑1)；虚拟参考阵列各阵元的位置矢量x′＝[x′1,x′2,…,x′M]T，其中x′1＝x1，x′j＝x1+d(j‑1),j＝2,…,M；S12：根据接收到的快拍数据得到信号特征子空间的估计；对样本协方差矩阵进行特征分解，最大的N个特征值对应的特征矢量组成的空间即为估计得到的信号特征子空间其中，为样本协方差矩阵的特征矢量，为特征矢量对应的特征值，且S13：对经典ESPRIT算法进行扩展，得到基于输入相位补偿角度θ的角度估计输出首先，对估计得到的信号特征子空间进行相位补偿更新，即酉变换，得到更新后的信号子空间然后，选择的前M‑1行组成子阵列1的信号子空间选择的后M‑1行组成子阵列2的信号子空间解拟合方程得到拟合方程Θ：其次，对拟合矩阵Θ进行特征分解，得到N个特征值μ_j,j＝1,…,N，根据以下关系确定N个估计角度值最后，输出扩展ESPRIT算法的角度估值上式表明，扩展ESPRIT算法只输出与输入相位补偿角最为接近的那个角度估值，并且同时输出该角度估值对应的特征值μ。