[发明专利]基于目标源相移差分技术的1维均匀线性阵列测向方法

摘要

本发明涉及一种基于目标源相移差分技术的1维均匀线性阵列测向方法，属于阵列信号处理中目标源测向方法。首先以构造随传感器阵元位置角标线性变化的目标源传播相移所对应的传感器接收数据相关函数序列作为基础，包含前后衔接的Hankel矩阵方程和首项系数为1的一元高次方程等两部分内容，求解Hankel矩阵方程和一元高次方程，计算目标源入射角度。本发明对目标源和传感器阵元噪声的信号性质仅要求为平稳，在阵元噪声为高斯白噪和有色噪声时都适用；能够处理独立、相关和相干目标源信号及其混合等复杂外部源信号情况，同现有测向方法比较，具有较好的适应性和实用性。

主权项

1.一种基于目标源相移差分技术的1维均匀线性阵列测向方法，其特征在于包括下列步骤：(1)、1维均匀线性阵列ULA模型是由M个等间隔各向同性传感器组成，接收来自空间的K个平稳目标源信号，目标源入射角度为θk，k＝1,2,…,K，在把第1个传感器阵元设定为基准阵元后，传感器阵列接收数据矢量表示为：X(t)＝A(θ)S(t)+W(t)其中X(t)＝[x1(t),…,xM(t)]T、S(t)＝[s1(t),…,sK(t)]T和W(t)＝[w1(t),…,wM(t)]T分别为传感器接收数据矢量、目标源信号矢量和传感器噪声矢量，这里传感器阵元噪声为平稳，A(θ)为M×K维阵列响应，对1维等间隔ULA模型，阵列响应为范德蒙矩阵，A(θ)＝[a(θ1),…,a(θk),…,a(θK)]其中为虚数单位，为空间第k个目标源到达第m个传感器的传播相移，该传播相移是第k个目标源相差和第m个传感器位置角标(m-1)的乘积，相差定义为该目标源到达任意两个相邻传感器阵元的传播相移之差，其中△d、c和f分别为相邻两个传感器阵元的距离间隔、目标源传播速度和载频，称为第k个目标源的传播子；(2)、首先利用传感器阵列接收数据矢量X(t)，选取如下相关函数序列其中为第i′个与第n个传感器阵元的相关函数，[·]H表示共轭转置，序列U中相关函数涉及的角标i和n分别称为起始角标和参考角标，角标n∈{1,2,…,M}，序列U中各相关函数包含的所有目标源的传播相移都随传感器阵元位置角标i′呈线性变化；(3)、建立基于相关函数序列U的Hankel矩阵方程：Ha＝R其中H、a和R分别为N×K维系数矩阵，K×1维待求参数列矢量和N×1维常数列矢量；为求解K个待求参数，N≥K； H = h i n h i + 1 n ... h i ′ n ... h i + N - 1 n T a = a K a K - 1 ... a 1 T R = - h x i + K x n h x i + K + 1 x n ... h x i + N + K - 1 x n T ]]>其中系数矩阵H中的1×K维行矢量i′∈{i,i+1,…,i+N-1}，行矢量中元素l＝i′,i′+1,…,i′+K-1，其中第l个传感器阵元噪声wl(t)与第n个传感器阵元接收数据xn(t)的相关函数为待求参数a1,a2,…,aK为目标源传播子组成的初等幂和对称函数： a 1 = - ( v 1 + v 2 + ... + v K ) a 2 = ( v 1 v 2 + v 1 v 3 + ... v i v j + v K - 1 v K ) . . . a K = ( - 1 ) K v 1 v 2 ... v K ]]>把K个目标源的传播子公式代入，则待求参数a1,a2,…,aK具体表达为Hankel矩阵方程由常规的高斯消去法或最小二乘方法求解，得到K个未知参数a1,a2,…,aK；(4)、根据韦达定理和待求参数a1,a2,…,aK具体表达式，建立一元首一K次方程：f(v)＝vK+a1vK-1+…+akvK-k+…+aK＝0其中a中各元素按其阶数增大顺序排列依次是一元首一K次方程位的各幂次的系数，按幂次降阶；(5)、求解一元首一K次方程，得到K个根解，即是目标源各传播子v1,v2,…,vK的值，具体求解方法如下：(a)、一元首一K次方程在其阶数K小于等于4时，根据一元高次方程根存在定理，方程根有解析解，利用已有的根解析解公式，各目标源传播子直接计算得到，根据目标源传播子与其入射角度的关系式，入射角度为 θ k = arcsin [ c ln v k j 2 π f Δ d ] , k = 1 , ... , K ]]>把通过求解已知的各传播子值代入上式，计算各目标源入射角度；(b)、在阶数K大于4时，一元首一K次方程根没有解析解，根据目标源入射角度搜索算法，设立目标函数h(v)＝1/|f(v)|，把h(v)在范围内随角度变化的极值标定，各标定极值所对应的角度即为各目标源入射角度。