基于范德蒙分解的互质阵列波达方向估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于范德蒙分解的互质阵列波达方向估计方法，主要解决现有技术中自由度性能受限与计算复杂度高的问题，其实现步骤是：接收端天线按互质阵列结构进行架构；利用互质阵列接收入射信号并建模；计算互质阵列接收信号所对应的等价虚拟信号；构造虚拟阵列协方差矩阵；对虚拟阵列协方差矩阵进行去噪处理；将去噪后的虚拟阵列协方差矩阵进行具有唯一性的范德蒙分解；将范德蒙分解所得参量与理论值一一对应获得波达方向和功率估计结果。本发明专利技术充分利用了互质阵列能够增加自由度的优势和范德蒙分解方法无需预先设置网格点的特点，在降低计算复杂度的同时实现波达方向估计方法自由度的增加，可用于无源定位和目标探测。

Estimation method based on Vandermonde decomposition of Coprime DOA

The invention discloses a method for the estimation of Vandermonde decomposition based on coprime DOA, mainly solves the degrees of freedom and the limited performance problem of high computational complexity, it comprises following steps: receiving antenna array architecture according to coprime structure; the coprime array receives the incident signal and calculating the equivalent of virtual modeling; the signal corresponding to the coprime array receiving signal; constructing virtual array covariance matrix of array covariance matrix; virtual denoising; the array covariance matrix to a virtual noise after the uniqueness of Fan De Mongolia will Vandermonde decomposition; decomposition of the theoretical values and the corresponding parameter estimation results are obtained and the power of direction of arrival. The invention makes full use of the array can increase the degree of freedom characteristics of Coprime advantage and Vandermonde decomposition method does not need to set the grid point, in reducing the computational complexity and the DOA estimation method to increase the degree of freedom, it can be used for passive target detection and location.

【技术实现步骤摘要】
基于范德蒙分解的互质阵列波达方向估计方法
本专利技术属于信号处理
，尤其涉及对雷达信号、声学信号及电磁信号的波达方向估计，具体是一种基于范德蒙分解的互质阵列波达方向估计方法，可用于无源定位和目标探测。
技术介绍
波达方向(Direction-of-Arrival,DOA)估计是阵列信号处理领域的一个重要分支，它是指利用阵列天线接收空域信号，并通过统计信号处理技术和各类优化方法对接收信号进行处理，以恢复信号中包含的DOA信息，在雷达、声呐、语音、无线通信等领域有着广泛的应用。DOA估计方法的自由度是指其能够分辨的入射信号源个数，作为实际系统应用中的一个重要性能指标，决定着系统的总体复杂度。现有的DOA估计方法通常采用均匀线性阵列进行信号的接收与建模，但是基于均匀线性阵列方法的自由度受限于实际天线阵元个数。具体而言，对于一个包含L个天线阵元的均匀线性阵列，其自由度为L-1，即最多只能分辨L-1个入射信号。因此，当某个空域范围内入射信号源的个数大于或等于阵列中天线阵元的个数时，现有采用均匀线性阵列的方法将无法进行有效的DOA估计。为了增加自由度，传统方法需要通过增加物理天线阵元及相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于范德蒙分解的互质阵列波达方向估计方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)接收端使用2M+N‑1个天线，并按照互质阵列结构进行架构；其中M与N为互质整数，且M<N；(2)利用互质阵列接收K个方向为θ1,θ2,…,θK的远场窄带非相干信号源入射信号，则(2M+N‑1)×1维互质阵列接收信号y(t)可建模为：

【技术特征摘要】
1.一种基于范德蒙分解的互质阵列波达方向估计方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)接收端使用2M+N-1个天线，并按照互质阵列结构进行架构；其中M与N为互质整数，且M<N；(2)利用互质阵列接收K个方向为θ1,θ2,…,θK的远场窄带非相干信号源入射信号，则(2M+N-1)×1维互质阵列接收信号y(t)可建模为：其中，sk(t)为信号波形，n(t)为与各信号源相互独立的噪声分量，d(θk)为θk方向对应的互质阵列导引向量，可表示为其中，ui,i＝1,2,…,2M+N-1表示互质阵列中第i个物理天线阵元的实际位置，且u1＝0，[·]T表示转置操作。共采集T个采样快拍，得到采样协方差矩阵这里(·)H表示共轭转置；(3)计算互质阵列接收信号所对应的等价虚拟信号。向量化互质阵列接收信号的采样协方差矩阵获得虚拟阵列等价接收信号z：其中，为(2M+N-1)2×K维矩阵，包含K个入射信号源的功率，为噪声功率，i＝vec(I2M+N-1)。这里，vec(·)表示向量化操作，即把矩阵中的各列依次堆叠以形成一个新的向量，(·)*表示共轭操作，表示克罗内克积，I2M+N-1表示(2M+N-1)×(2M+N-1)维单位矩阵。向量z对应的虚拟阵列中各虚拟阵元的位置为去除集合中各位置上重复的虚拟阵元，得到一个非均匀的虚拟阵列其对应的等价虚拟信号可通过选取向量z中相对应位置上的元素获得；(4)构造虚拟阵列协方差矩阵。选取非均匀虚拟阵列中以0为中心连续均匀排列的一段虚拟阵元，形成一个包含L个虚拟阵元的均匀虚拟阵列其相应的虚拟阵元位置为(-Lv+1)d到(Lv-1)d之间的连续位置，其中，d为入射窄带信号波长的一半，且相应地，该均匀虚拟阵列的等价信号可通过截取中与该L个虚拟阵元所对应的位置上的元素获得，维度为L×1。虚拟阵列协方差矩阵Rv可通过空间平滑技术获得：将向量分割为Lv个相互重叠的子向量，每个子向量的维度为Lv×1，包含向量中的第i个至第i+Lv-1个元素，表示为则Rv可通过取四阶统计量的主平方根获得：其中，Rv的维度为Lv×Lv，对应于均匀虚拟阵列中位置为0到(Lv-1)d的虚拟阵元，称为虚拟均匀线性阵列；Rv具有Toeplitz和Hermitian对称结构，在理论上可表示为：其中，为Lv×K维的虚拟均匀线性阵列导引矩阵，具有范德蒙结构。∑为对角元素为各信号功率的对角矩阵，表示Lv×Lv维单位矩阵；(5)对虚拟阵列协方差矩阵Rv进行去噪处理，将其包含的噪声分量去除，获得去噪后的等价...

【专利技术属性】
技术研发人员：周成伟，史治国，陈积明，沈一帆，樊星，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33