[发明专利]一种未知声速环境下快速DOA估计方法

摘要

本发明公开了一种未知声速环境下快速DOA估计方法，步骤如下：采用任意交叉线阵结构进行一维DOA估计；对互协方差矩阵R进行奇异值分解，其奇异值从大到小排列，前K个奇异值对应的左奇异向量张成的空间为信号子空间，这K个奇异向量组成矩阵Us，将Us划分为矩阵U1和矩阵U2；求出目标信号在x轴上的波达方向角θxi以及在y轴上的波达方向角θyi的表达式；将目标信号在y轴上的波达方向角表达式和在x轴上的波达方向角表达式相除得到一个与声速无关的表达式；根据两条线阵的几何关系推导出θxi和θyi的关系式，再最终求解出目标信号的波达方向角。该发明在得到声速无关的DOA估计表达式的同时解决了DOA估计处理过程中的参数配对问题，减小了DOA估计处理的复杂度。

主权项

1.一种未知声速环境下快速DOA估计方法，其特征在于，所述的估计方法包括以下步骤：S1、采用任意交叉线阵结构进行一维DOA估计，该任意交叉线阵结构采用两条均匀线阵，每条线阵上各自分布有M个阵元，两条线阵接口处有一个公共阵元，阵元间距为d，两条线阵之间的夹角设为δ且建立坐标系，设一条线阵所在直线为x轴，另一条线阵所在直线设为y轴，假设只考虑半个平面空间内目标源信号的情况，即x轴的上半平面空间，假设目标信号满足窄带条件，即当信号延迟远小于带宽倒数时，延迟作用相当于使基带信号产生一个相移。假设目标信号的个数为K，目标信号的中心频率为f_i,i＝1,2,...,K，各个信号入射路径的声速定义为c_i,i＝1,2,...,K，目标信号在x轴上的波达方向角设为θ_xi,i＝1,2,...,K，在y轴上的波达方向角设为θ_yi,i＝1,2,...,K，目标信号的待估计的波达方向角设为θ_i且θ_i＝θ_xi,i＝1,2,...,K，第i个信号与x轴线阵的夹角为α_i且α_i∈[0,π]，当有K个远场窄带相互独立的信号入射到上述任意交叉线阵结构，x轴和y轴阵列接收到的信号写成如下的矢量形式：X(t)＝A_xS+N_x      (1)Y(t)＝A_yS+N_y    (2)其中S是一个K×1维的源信号矩阵，N_x和N_y是M×1维的噪声矩阵，A_x和A_y分别为x轴和y轴阵列的M×K阶方向矩阵，写成矢量形式有：其中a(θ_xi)和a(θ_yi)分别是x轴和y轴阵列的第i个声源的导向向量，i＝1,2,...,K，对于两条线阵各自接收的信号X(t)和Y(t)，求它们的互协方差矩阵R_xy＝E{X(t)Y^H(t)}，然后将互协方差矩阵R_xy划分为子矩阵R_xy,1和R_xy,2，最后将子矩阵R_xy,1和R_xy,2组合成新的互协方差矩阵R；S2、对互协方差矩阵R进行奇异值分解，其奇异值从大到小排列，前K个奇异值对应的左奇异向量张成的空间为信号子空间，这K个奇异向量组成矩阵U_s，将U_s划分为矩阵U₁和矩阵U₂；S3、对矩阵U₁⁺U₂进行特征值分解，得到K个特征值λ₁,λ₂,...,λ_K和对应的特征向量α₁,α₂,...,α_K，并由这K个特征向量组成的矩阵估计出非奇异阵T，根据K个特征值求出目标信号在x轴上的波达方向角θ_xi的表达式，以及求出目标信号在y轴上的波达方向角θ_yi的表达式；S4、将步骤S3得到的目标信号在y轴上的波达方向角表达式和在x轴上的波达方向角表达式相除得到一个与声速无关的表达式；S5、根据两条线阵的几何关系推导出θ_xi和θ_yi的关系式，再最终求解出目标信号的波达方向角。