[发明专利]一种虚拟二阶阵列扩展的波达方向估计方法

摘要

该发明公开了一种虚拟二阶阵列扩展的波达方向估计方法，属于接收无线传输信号的天线阵列信号处理范畴，具体地说，是一种将导向矢量构建成虚拟Volterra滤波器结构并结合波束形成技术和拉格朗日乘子法技术来进行波达方向(DOA)估计的方法。将导向矢量构建成虚拟Volterra滤波器结构并结合波束形成技术和拉格朗日乘子法技术来进行波达方向(DOA)估计。这种算法不仅能实现信源数未知条件下DOA估计，而且还不依赖于子空间分解。这就避免了因错误估计信源数而对DOA估计性能产生的影响，提高了DOA估计分辨率能力，同时还降低了计算复杂度。

主权项

一种虚拟二阶阵列扩展的波达方向估计方法，该方法的具体步骤为：步骤1：由阵列接收的数据x(t)构造新的阵列接收数据y(t)；步骤1‑1：不失一般性，假设均匀线阵的阵元数为M，信源数为P，信号入射角度分别为θ1,θ2,…,θP，则阵列接收信号可表示为：x(t)＝As(t)+n(t)其中，x(t)＝[x1(t),x2(t),...,xM(t)]T,xm(t),m＝1,…M表示第m个阵元接收到的信号；A＝[a(θ1),a(θ2),…,a(θP)]为阵列流型矩阵，i＝1,…,P，为第i个信号源的导向矢量，φi＝2πdsinθi/λ代表第i个信号的相移；其中d为阵元间间隔，λ为信号波长，θi表示第i个入射信号的来波方向角；s(t)＝[s1(t),s2(t)，…，sP(t)]T，si(t)为第i个目标源信号；n(t)＝[n1(t),n2(t)，…，nM(t)]T，其中nm(t)表示第m个阵元接收到的加性高斯噪声；步骤1‑2：将观测的数据通过二阶Volterra滤波器可得到：y(t)＝Bz(t)+v(t)式中：y(t)=[x1(t),...,xM(t),x12(t),...xM2(t),|x1(t)|2,...|xM(t)|2,x1(t)x2(t),...,x1(t)xM(t),x2(t)x3(t),...,xM-1(t)xM(t),x1(t)x2*(t),...,x1(t)xM*(t),...,x2(t)x3*(t),...,xM-1(t)xM*(t)]T]]>，[·]T代表矩阵的转置；xm(t),m＝1,2…,M表示第m个阵元接收的信号，*表示共轭；z(t)=[s1(t),...,sP(t),s12(t),...sP2(t),s1(t)s2(t),...,s1(t)sP(t),s2(t)s3(t),...,sP-1(t)sP(t),s1(t)s2*(t),...,s1(t)sP*(t),...,s2(t)s3*(t),...,sP-1(t)sP*(t),s1*(t)s2(t),...,s1*(t)sP(t),s2*(t)s3(t),...,sP-1*(t)sP(t)]T]]>，si(t),i＝1,2,…,P为第i个目标源信号，*表示共轭；v(t)=[n1(t),...,nM(t),n12(t),...nM2(t),|n1(t)|2,...|nM(t)|2,n1(t)n2(t),...,n1(t)nM(t),n2(t)n3(t),...,nM-1(t)nM(t),n1(t)n2*(t),...,n1(t)nM*(t),...,n2(t)n3*(t),...,nM-1(t)nM*(t)]T]]>，nm(t),m＝1,2,…,M表示第m个阵元产生的加性高斯噪声，*表示共轭；矩阵B为新构造的阵列流型矩阵；步骤2：由步骤1得到的新的阵列接收数据y(t)，构造信号的导向矢量θi,i＝1,…,P表示第i个入射信号的来波方向角，P为信源数；步骤3：计算y(t)的协方差矩阵yH(t)是y(t)的共轭转置，D为快拍数；步骤4：根据步骤3得到的y(t)的协方差矩阵Ryy，计算空间谱函数P(θ)；步骤5：根据空间谱函数，用MATLAB计算功率谱图，并通过谱峰搜索得到信号的波达方向。