[发明专利]非均匀阵列设计和波达方向估计方法

摘要

本发明公开了一种非均匀阵列设计和波达方向估计方法，主要解决现有技术布阵不灵活，计算复杂度较高的问题；其实现过程是：根据嵌套阵列最大自由度确定非均匀阵列首、尾位置系数；计算满足非均匀阵列差合矩阵中包含所有虚拟阵元位置的位置系数；根据最终得到非均匀阵列阵元位置；根据接收数据计算数据协方差矩阵并矢量化得到虚拟差分合成阵列接收数据r；对r去冗余、排序得到虚拟阵列接收数据进而得到其满秩矩阵v；构造线性算子，通过估计线性算子得到信号子空间；构造选择矩阵得到旋转矩阵，最后通过旋转矩阵估计波达方向；本发明在同等条件下具有阵列配置灵活，无需对数据协方差矩阵进行特征分解，也不需对整个空域角度进行谱峰搜索的优点。

主权项

1.一种非均匀阵列设计和波达方向估计方法，包含以下步骤：1)构造非均匀阵列：1a)根据嵌套阵列最大自由度DOF，确定非均匀阵列位置系数x₁和x_N；假定非均匀阵列阵元位置为：D＝[d₁，d₂，...，d_n，...，d_N]＝d×[x₁，x₂，...，x_n，...，x_N]根据嵌套阵列构造的虚拟阵列D_ULA＝[‑(N₂(N₁+1)‑1)d，...，0，...，(N₂(N₁+1)‑1)d]获取最大自由度DOF＝2N₂(N₁+1)‑1，得到非均匀阵列位置系数x₁＝0，则本发明阵列阵元位置为其中d为阵元间隔，取值为入射信号的最小半波长；N₁与N₂为嵌套阵列子阵阵元个数，N₁＝N₂＝N/2；x_n表示非均匀阵列第n个阵元的位置系数，n＝1，2，...，N，N为总阵元数；由{1～(x_N‑1)}的随机递增互异整数组成；1b)计算非均匀阵列差合矩阵中包含所有虚拟阵元位置的位置系数为保证本发明阵列在差合处理之后包含所有的虚拟阵元位置，且与嵌套阵列自由度一致，构造一向量P＝[D，D，...，D]，向量P由N个D按行排列组成，再构造另一矩阵即矩阵为非均匀阵列产生的差合矩阵：由于矩阵为反对称矩阵，故只研究其上三角元素即可，将其按行排布得到一个行向量如下：为使非均匀阵列位置所产生的虚拟差合阵列是完备的，即包含所有虚拟阵元位置，构造的差合矩阵所对应的中应包含个不同元素；1c)根据位置系数获取非均匀阵列阵元位置；在1a)中，随机从{1～(x_N‑1)}中选取N‑2个互异递增数构成得到一组均匀阵列阵元位置D，进行迭代，当D中阵元位置满足1b)中的差合矩阵所对应中包含个不同值即可停止迭代，否则继续从1a)选取一组阵元位置，进行迭代，直至满足迭代停止条件，退出迭代，最终得到阵元位置2)根据所设计非均匀阵列得到接收数据X，进而得到数据协方差矩阵R_x，向量化该协方差矩阵，得到虚拟差分合成阵列接收数据r；3)根据虚拟差分合成阵列接收数据r，对r进行去冗余、排序操作，最终得到虚拟阵列接收数据4)根据虚拟阵列接收数据构造选择矩阵J_z对进行秩恢复操作得到满秩矩阵V；5)根据虚拟阵列的满秩矩阵V，构造一线性算子Q，通过估计线性算子Q得到信号子空间E_S；6)基于旋转因子不变法的思想定义两个选择矩阵J_g1和J_g2，获得E_S1和E_S2，通过E_S1和E_S2的相位关系获得旋转矩阵Φ，最后通过旋转矩阵估计波达方向