[发明专利]一种基于压缩感知的互质阵列高精度波达方向估计方法

摘要

本发明公开了一种基于压缩感知的互质阵列高精度波达方向估计方法，主要解决现有技术中估计精度与计算复杂度之间的矛盾，其实现步骤是：(1)接收端天线按照互质阵列结构进行架构；(2)利用互质阵列接收入射信号；(3)构造压缩感知核；(4)利用压缩感知核实现接收信号的压缩，得到互质阵列接收信号的轮廓信号；(5)计算压缩后轮廓信号的协方差矩阵；(6)计算轮廓信号所对应的导引向量；(7)根据轮廓信号的协方差矩阵及其对应的导引向量计算轮廓信号空间功率谱；(8)通过谱峰搜索获得波达方向估计结果。本发明充分利用了互质阵列的大阵列孔径特性和压缩感知技术，在降低计算复杂度的同时实现高精度的波达方向估计，可用于无源定位和目标探测。

主权项

1.一种基于压缩感知的互质阵列高精度波达方向估计方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)接收端使用M+N‑1个天线，并按照互质阵列结构进行架构；其中M与N为互质整数；所述的互质阵列具体结构为：互质阵列由一对稀疏均匀线性子阵列组合而成，第一个子阵列包含M个天线阵元，且阵元间距为Nd；第二个子阵列包含N个天线阵元，且阵元间距为Md；d为入射窄带信号波长λ的一半；将两个子阵列以首个天线阵元重叠的方式进行组合，得到包含M+N‑1个天线阵元的互质阵列结构；(2)利用互质阵列接收D个远场窄带非相干信号源的入射信号，得到(M+N‑1)×1维互质阵列接收信号x(k)，共采集K个采样快拍得到X＝[x(1),x(2),…,x(K)]；(3)构造一个压缩感知核Φ：Φ是一个Q×(M+N‑1)维矩阵；其中Q为压缩系数，满足Q<<M+N‑1且Q>D；Φ中的元素随机生成，满足高斯分布或伯努利分布条件，且满足行正交的条件；(4)利用压缩感知核将(M+N‑1)×1维互质阵列接收信号x(k)以随机投影的方式压缩为Q×1维轮廓信号y(k)，即y(k)＝Φx(k)；对于K个采样快拍得到Y＝[y(1),y(2),…,y(K)]；(5)根据K个采样的轮廓信号计算Q×Q维轮廓信号采样协方差矩阵计算方法为：或者通过以下计算方法等价得到：其中为互质阵列接收信号的采样协方差矩阵，表示为：(6)计算轮廓信号所对应的Q×1维导引向量d(θ)：d(θ)＝Φa(θ)，其中a(θ)为(M+N‑1)×1维非均匀互质阵列的导引向量，可表示为上式中,u_i,i＝1,2,…,M+N‑1为互质阵列的天线阵元位置，λ为入射窄带信号波长；(7)计算轮廓信号所对应的空间功率谱p(θ)，其中x轴为假定的来波信号方向θ，y轴为空间功率谱响应值：其中(·)^H表示共轭转置操作，(·)^‑1表示求逆操作；(8)通过谱峰搜索的方式，寻找轮廓信号空间功率谱的峰值，并将其响应值从大到小排列，前D个峰值所对应的x轴角度方向即为波达方向估计结果。