基于内插虚拟阵列协方差矩阵Toeplitz化重建的互质阵列波达方向估计方法技术
【技术实现步骤摘要】
基于内插虚拟阵列协方差矩阵Toeplitz化重建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，具体是一种基于内插虚拟阵列协方差矩阵Toeplitz化重建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，并通过现代信号处理技术和各类优化方法实现对接收信号统计量的有效处理，从而实现信号的DOA估计，在雷达、声呐、语音、无线通信等领域有着重要的应用价值。DOA估计方法的自由度是指其能够估计的入射信号源的个数。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。因此，当某个空域范围内入射信号源的个数大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。互质阵列能够在天线阵元个数一定的前提下增加DOA估计...
【技术保护点】
一种基于内插虚拟阵列协方差矩阵Toeplitz化重建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M+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；(2)假设有K个来自θ1,θ2,…,θK方向的远场窄带非相干信号源，则(M+N‑1)×1维互质阵列接收信号x(t)可建模为：
【技术特征摘要】
1.一种基于内插虚拟阵列协方差矩阵Toeplitz化重建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M+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；(2)假设有K个来自θ1,θ2,…,θK方向的远场窄带非相干信号源，则(M+N-1)×1维互质阵列接收信号x(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，a(θk)为θk方向的导引矢量，表示为：其中，pid,i＝1,2,…,M+N-1表示互质阵列中第i个物理天线阵元的实际位置，且p1＝0；d为入射窄带信号波长λ的一半，即d＝λ/2，[·]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：矢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v：其中，为(M+N-1)2×K维虚拟阵列导引矩阵，包含K个入射信号源的功率，为噪声功率，iv＝vec(IM+N-1)。这里，vec(·)表示矢量化操作，即把矩阵中的各列依次堆叠以形成一个新的矢量，(·)*表示共轭操作，表示克罗内克积，IM+N-1表示(M+N-1)×(M+N-1)维单位矩阵。矢量v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vc可通过选取矢量v中相对应的元素获得；(4)构造内插虚拟阵列及其接收信号并建模：首先对于非均匀的虚拟阵列在保留其原有虚拟阵元位置不变的前提下，向其中非连续的位置插入若干虚拟阵元，从而将非均匀虚拟阵列转化为间距为d、阵列孔径与互质阵列相同、且虚拟阵元数目增加的均匀虚拟阵列该内插均匀虚拟阵列共包含个虚拟阵元，其中|·|表示集合的势，其对应的等价虚拟信号vI可通过往矢量vc中插入0获得，插入0的位置与中插入的虚拟阵元的位置相对应；(5)构造内插虚拟阵列多采样快拍信号及其采样协方差矩阵：将切割为LI个长度为LI的连续子阵列，其中相应地，内插虚拟阵列的多采样快拍信号可通过截取矢量vI中对应的元素获得，即：vI,l,l＝1,2,…,LI由vI中第LI+1-l到第2LI-l个元素组成。接着，VI的采样协方差矩阵Rv可以由如下方式得到：其中，<vI>i表示位置为id的虚拟阵元所对应的等价接收信号；(6)构造投影矩阵并定义投影运算：投影矩阵P的维度与Rv相同，如果矩阵Rv中某个元素为0，则投影矩阵P中相同位置的元素值也为0；否则投影矩阵P中的元素值为1。定义为投影运算，其中括号内变量为与P维度相同的矩阵，投影...
【专利技术属性】
技术研发人员：周成伟，樊星，史治国，陈积明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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