[发明专利]基于延迟快拍的均匀线列阵高分辨波达方向估计方法

摘要

本发明公开了一种基于延迟快拍的均匀线列阵高分辨波达方向估计方法，包括下述步骤：获取并存储阵列快拍，构造延迟快拍，计算信号协方差矩阵，对信号协方差矩阵进行特征分解，构造噪声子空间，计算空间功率谱，搜索谱峰，确定映射波达方向，计算信号的估计波达方向。本发明在同等信噪比及同等快拍数情况下，相比于已有的波达方向估计方法，其空间分辨能力更高，能够取得更高的波达方向估计精度。而且计算复杂度与多重信号分类方法相当，因此本发明方法在实施起来比较方便。

主权项

1.基于延迟快拍的均匀线列阵高分辨波达方向估计方法，其特征在于，其步骤如下：1)获取并存储阵列快拍：首先，对所有阵元的接收信号进行采样，获取T0时刻的阵列快拍数据，即：{x(1,T0),x(2,T0),...,x(N,T0)}；其中：括号中的第一个数字表示阵元序号，N表示所有阵元的个数；括号中的第二个符号表示采样时刻；x(N,T0)表示第N个阵元在T0时刻的信号采样值；然后，将T0时刻的阵列快拍数据保存在存储器中；其次，获取并存储在T0+Ts时刻的阵列快拍数据，即：{x(1,T0+Ts),x(2,T0+Ts),...,x(N,T0+Ts)}；其中：Ts表示采样周期，其大小等于采样频率fs的倒数，即Ts＝1/fs；采用类似的方式，获取并存储在T0+iTs时刻的阵列快拍数据，其中i＝2,3,…K,其中，K表示最大的阵列快拍次数；2)构造延迟快拍：首先，利用存储器中保存的各个时刻的阵列快拍数据，构造T0时刻的延迟快拍数据，即：{x(1,T0),x(2,T0+αTs),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts)}；其中，α表示延迟快拍因子，延迟快拍因子应取整数，其具体大小根据实际应用情况确定；将T0时刻的延迟快拍数据作为数据矩阵A的第一列，即：A(:,1)＝[x(1,T0),x(2,T0+αTs),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts)]T；其中，符号A(:,1)表示数据矩阵A的第一列，符号[·]T表示转置操作；然后，构造T0+Ts时刻的延迟快拍数据，即：{x(1,T0+Ts),x(2,T0+αTs+Ts),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts+Ts)}；并将T0+Ts时刻的延迟快拍数据作为数据矩阵A的第二列，即：A(:,2)＝[x(1,T0+Ts),x(2,T0+αTs+Ts),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts+Ts)]T；其中，符号A(:,2)表示数据矩阵A的第二列；以此类推，将T0+iTs时刻的延迟快拍数据作为数据矩阵A的第i列，即：A(:,i)＝[x(1,T0+iTs),x(2,T0+αTs+iTs),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts+iTs)]T；其中，符号A(:,i)表示数据矩阵A的第i列；这里，i＝2,3,…,M,其中，M既是最大的延迟快拍个数，也是数据矩阵A的列的个数，其具体大小由实际需要的延迟快拍数决定；3)计算信号协方差矩阵：根据数据矩阵A计算信号协方差矩阵R，即：4)对信号协方差矩阵进行特征分解：对信号协方差矩阵R进行特征分解，即：R＝QΛQT；其中，矩阵Q＝[q1,q2,...,qN]，列向量qi表示信号协方差矩阵R的第i个特征向量；矩阵Λ＝diag(λ1,λ2,...,λN)，符号diag(·)表示矩阵Λ为对角矩阵，矩阵Λ的对角元素分别为λ1,λ2,...,λN，数值λi表示信号协方差矩阵R的第i个特征值；矩阵Λ的对角元素按照从大到小排列，即λ1≥λ2≥...≥λN；5)构造噪声子空间：由信号协方差矩阵R的特征向量qL+1,qL+2,...,qN，构造噪声子空间Rn，其中，L表示信源个数，其具体大小根据实际应用情况确定；噪声子空间Rn的具体构造如下：Rn＝[qL+1,qL+2,...,qN]；6)计算空间功率谱：根据噪声子空间Rn和阵列导向向量a(θ)计算空间功率谱P(θ)，即：其中，符号[·]H表示共轭转置操作；均匀线列阵对应的导向向量如下：a(θ)＝[1,ej(2π/λ)dsinθ,...,ej(2π/λ)(N‑1)dsinθ]T；其中，符号d表示阵元间距，单位为：米；符号λ表示信号的波长，单位为：米；符号θ表示信号的波达方向，单位为：度；7)搜索谱峰，确定映射波达方向：在波达方向范围[‑90°,90°]内，观察空间功率谱P(θ)的大小，搜索空间功率谱P(θ)的L个谱峰，将所有L个谱峰对应的角度作为信号的映射波达方向，并记为8)计算信号的估计波达方向：根据信号的映射波达方向计算信号的实际波达方向，即：θi＝arcsin(sin(θim)‑αTsc/d),i＝1,2,...,L；其中，θ1,θ2,...,θL为信号的L个实际波达方向，arcsin(·)表示反正弦函数，c表示信号在介质中的传播速度，单位为：米/秒。