本發(fā)明涉及目標(biāo)定位，具體涉及一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、波達(dá)方向估計(jì)(direction?of?arrival,doa)是指利用陣列不同陣元接收信號的波程差實(shí)現(xiàn)對信源的方位估計(jì)，是陣列信號處理領(lǐng)域的重要研究方向，在無線通信、移動通信和導(dǎo)航等民用和軍用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

2、doa估計(jì)性能主要由陣列孔徑和估計(jì)算法決定，現(xiàn)階段doa估計(jì)采用的典型陣列為cla(coprime?linear?array，互質(zhì)陣)、nla(nested?linear?array，嵌套陣)和ucla(unfolded?coprime?linear?array，展開互質(zhì)陣)。cla是由兩個(gè)稀疏均勻子陣構(gòu)成，兩子陣的陣元間距均為半波長的整數(shù)倍且互質(zhì)，兩子陣的陣元數(shù)互質(zhì)。相較于傳統(tǒng)的均勻線陣，cla擴(kuò)展了陣列孔徑，為doa估計(jì)精度的提升奠定了基礎(chǔ)，且由于陣元間距擴(kuò)展帶來的模糊估計(jì)問題也被兩子陣的互質(zhì)特性抑制，因此實(shí)現(xiàn)了doa無模糊估計(jì)。但cla的兩子陣重疊，陣列孔徑僅由較大陣列孔徑子陣決定，cla的陣列孔徑未能得到充分?jǐn)U展；nla由一個(gè)均勻子陣和一個(gè)稀疏均勻子陣構(gòu)成，且稀疏均勻子陣的陣元間距為均勻子陣的陣列孔徑。相較于傳統(tǒng)的均勻線陣，nla的陣列孔徑得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展，有利于doa估計(jì)精度的提升，且由于均勻線子陣的存在，避免了doa模糊估計(jì)值的出現(xiàn)。但nla的陣列孔徑為兩個(gè)子陣孔徑之和，nla的陣列孔徑擴(kuò)展受限于均勻子陣。ucla以cla為基礎(chǔ)，將兩子陣沿重合陣元展開，實(shí)現(xiàn)了兩子陣孔徑疊加，進(jìn)一步擴(kuò)展了陣列孔徑，提升了doa估計(jì)性能且實(shí)現(xiàn)了doa無模糊估計(jì)。但ucla的陣列結(jié)構(gòu)受到兩子陣互質(zhì)關(guān)系的嚴(yán)格限制，ucla的陣列孔徑擴(kuò)展有限。

3、因此，需要提出一種全新的陣列及doa估計(jì)方法解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，解決了陣列孔徑擴(kuò)展受限的問題，大幅擴(kuò)展了陣列孔徑并提升了doa估計(jì)精度，同時(shí)利用子陣互質(zhì)特性實(shí)現(xiàn)了doa無模糊估計(jì)。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，包括以下步驟：

4、s1、構(gòu)建展開互質(zhì)嵌套陣，并分組接收目標(biāo)輻射信號；

5、s2、構(gòu)建接收信號協(xié)方差矩陣，并進(jìn)行向量化、去重處理；

6、s3、構(gòu)建離散傅里葉變換歸一化矩陣，并對接收信號做離散傅里葉變換；

7、s4、對離散傅里葉譜做全局粗搜索及局部精搜索，通過分組比對得到doa估計(jì)結(jié)果。

8、進(jìn)一步地，所述步驟s1中展開互質(zhì)嵌套陣由子陣1、子陣2和子陣3構(gòu)成，子陣1、子陣2和子陣3均為稀疏均勻線陣且共線；其中，子陣1的陣元間距為n2λ/2，陣元數(shù)為n1，子陣2的陣元間距為n1λ/2，陣元數(shù)為n2，子陣3的陣元間距為n1n2λ/2，陣元數(shù)為n3，n1與n2互質(zhì)且n1>n2，λ為半波長。

9、進(jìn)一步地，所述步驟s2包括以下分步驟：

10、s21、計(jì)算得到分組接收信號協(xié)方差矩陣；

11、s22、對分組接收信號協(xié)方差矩陣進(jìn)行向量化處理，得到分組接收信號差分共陣的表達(dá)式；

12、s23、對分組接收信號差分共陣做去重處理，得到分組接收信號無重差分共陣的表達(dá)式。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s21通過下式計(jì)算得到分組接收信號協(xié)方差矩陣：

14、

15、其中，ri為分組接收信號協(xié)方差矩陣，l為接收信號的快拍次數(shù)，為xi(t)的共軛轉(zhuǎn)置；

16、將分組接收信號協(xié)方差矩陣構(gòu)建為：

17、

18、其中，ri,ss為分組幅值協(xié)方差矩陣，為噪聲功率，i為單位陣。

19、進(jìn)一步地，所述步驟s22對分組接收信號協(xié)方差矩陣進(jìn)行向量化處理，得到分組接收信號差分共陣的表達(dá)式：

20、

21、其中，是第k個(gè)信源的信號功率，的第q位為1，其余位為0，q＝1,2,...,ni+n3，*為取共軛。

22、進(jìn)一步地，所述步驟s23對分組接收信號差分共陣做去重處理，得到分組接收信號無重差分共陣的表達(dá)式：

23、

24、其中，的第(n1+1)(n3+1)位為1，其余位為0，的第(n2+1)n3位為1，其余位為0，n13＝2(n1+1)(n3+1)-1，n23＝2(n2+1)n3-1，當(dāng)i取1時(shí)，β取n2，當(dāng)i取2時(shí)，β取n1。

25、進(jìn)一步地，所述步驟s3中將歸一化離散傅里葉變換矩陣構(gòu)建為fi的第(n,m)個(gè)元素為：

26、

27、對分組接收信號無重差分共陣做離散傅里葉變換，得到分組離散傅里葉譜表達(dá)式：

28、

29、其中，|·|為取絕對值。

30、進(jìn)一步地，所述步驟s4包括以下分步驟：

31、s41、對分組離散傅里葉譜進(jìn)行全局粗搜索，得到k個(gè)譜峰，第k個(gè)譜峰所處位置對應(yīng)的初始離散傅里葉級數(shù)為

32、分組離散傅里葉譜中fibi,s(θk)的第n個(gè)元素為：

33、

34、當(dāng)ni3趨向于無窮大時(shí)，

35、

36、s42、將初始離散傅里葉級數(shù)修正為：

37、

38、其中，ηi,k為修正系數(shù)且滿足-π/ni3<ηi,k<π/ni3；

39、將修正離散傅里葉級數(shù)代入分組離散傅里葉譜中，得到fibi,s(θk)的第個(gè)元素：

40、

41、當(dāng)ni3趨向于無窮大時(shí)，

42、

43、將fibi,s(θk)的第個(gè)元素構(gòu)建為：

44、

45、其中，為fi的第行，

46、將分組離散傅里葉譜重構(gòu)為：

47、

48、在初始離散傅里葉級數(shù)周圍對|fizi′,s|進(jìn)行局部精搜索，得到修正系數(shù)：

49、

50、其中，arc[·]為反函數(shù)，||·||f為frobenius范數(shù)。

51、s43、針對不同分組，根據(jù)k個(gè)修正系數(shù)求得不同分組的各信源doa估計(jì)值集合：

52、

53、通過下式，求得各信源doa估計(jì)值：

54、

55、其中，為第k個(gè)信源的doa估計(jì)值，和是分別從s1和s2中選取的第k對最接近的doa估計(jì)值。

56、本發(fā)明的有益效果為：

57、(1)利用展開互質(zhì)嵌套陣擴(kuò)展陣列孔徑，以此帶來更好的doa估計(jì)性能；

58、(2)通過對離散傅里葉譜做全局粗搜索及局部精搜索，得到doa精確估計(jì)值；

59、(3)利用子陣互質(zhì)特性抑制了doa模糊估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)了doa無模糊估計(jì)。

技術(shù)特征：

1.一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s1中展開互質(zhì)嵌套陣由子陣1、子陣2和子陣3構(gòu)成，子陣1、子陣2和子陣3均為稀疏均勻線陣且共線；其中，子陣1的陣元間距為n2λ/2，陣元數(shù)為n1，子陣2的陣元間距為n1λ/2，陣元數(shù)為n2，子陣3的陣元間距為n1n2λ/2，陣元數(shù)為n3，n1與n2互質(zhì)且n1>n2，λ為半波長。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s2包括以下分步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s21通過下式計(jì)算得到分組接收信號協(xié)方差矩陣：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s22對分組接收信號協(xié)方差矩陣進(jìn)行向量化處理，得到分組接收信號差分共陣的表達(dá)式：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s23對分組接收信號差分共陣做去重處理，得到分組接收信號無重差分共陣的表達(dá)式：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s3中將歸一化離散傅里葉變換矩陣構(gòu)建為fi的第(n,m)個(gè)元素為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的doa估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s4包括以下分步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于展開互質(zhì)嵌套陣的DOA估計(jì)方法，涉及目標(biāo)定位技術(shù)領(lǐng)域，借助展開互質(zhì)嵌套陣擴(kuò)展陣列孔徑，為提升DOA估計(jì)性能奠定基礎(chǔ)；同時(shí)，對接收信號分組并對接收信號協(xié)方差矩陣進(jìn)行向量化、去重處理，對接收信號做離散傅里葉變換得到離散傅里葉譜，通過全局粗搜索和局部精搜索確定各分組離散傅里葉級數(shù)，最終通過分組比對得到DOA精確估計(jì)值，避免了因陣元間距擴(kuò)展帶來的模糊估計(jì)問題，實(shí)現(xiàn)了DOA無模糊估計(jì)，更適用于目標(biāo)精準(zhǔn)定位。

技術(shù)研發(fā)人員：王成,鄭植,王文欽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)長三角研究院（湖州）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30