基于稀疏阵列直接内插的波达方向估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稀疏阵列直接内插的波达方向估计方法，主要解决现有技术中基于虚拟域等价信号处理所导致的信息损失和性能衰减等问题。其实现步骤是：接收端使用稀疏阵列接收信号并建模；通过虚拟阵元内插将稀疏阵列转变为均匀线性阵列并进行接收信号建模；内插稀疏阵列投影向量定义；设计基于矩阵秩最小化的优化问题并求解，以重建内插稀疏阵列协方差矩阵；根据重建的内插稀疏阵列协方差矩阵进行波达方向估计。本发明专利技术提高了波达方向估计的自由度及估计准确度，可用于无源定位和目标探测。

【技术实现步骤摘要】
基于稀疏阵列直接内插的波达方向估计方法
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，具体是一种基于稀疏阵列直接内插的波达方向估计方法，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、无线通信等领域均有着重要的应用价值。均匀线性阵列是传统波达方向估计方法中最为常用的一个阵列结构，因为其满足奈奎斯特采样定理，从而能够实现有效的DOA估计。但是，阵列孔径和DOA估计的自由度受限于均匀线性阵列中物理阵元的个数，从而导致了算法性能与计算效率之间的权衡问题。为了缓解这一矛盾，稀疏阵列开始受到学术界的关注，相关基于稀疏阵列的波达方向估计方法陆续被提出，用于获取在相同物理阵元情况下更大的阵列孔径和更好的分辨率性能，从而探究超出奈奎斯特采样频率情况下的DOA估计性能。由于稀疏阵列通常为非均匀或稀疏均匀结构，不满足奈奎斯特采样定理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稀疏阵列直接内插的波达方向估计方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)接收端使用一个包含L个物理阵元的稀疏阵列接收入射信号，假设有K个来自θ1,θ2,…，θK方向的远场窄带非相干信号源，则L×1维稀疏阵列接收信号x(t)可建模为：

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏阵列直接内插的波达方向估计方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)接收端使用一个包含L个物理阵元的稀疏阵列接收入射信号，假设有K个来自θ1,θ2,…，θK方向的远场窄带非相干信号源，则L×1维稀疏阵列接收信号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方向的稀疏阵列导引矢量，表示为：其中，S＝{0,u2d,…,uLd}为包含稀疏阵列中各物理阵元实际位置的集合，且稀疏阵列的第一个物理阵元置于零位，即u1＝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；(2)通过阵元内插的方式，将虚拟阵元直接内插入稀疏阵列，以形成一个包含个阵元、阵元间距为d、且阵列孔径与原始稀疏阵列相同的均匀线性阵列，各阵元的位置可表示为：内插稀疏阵列的接收信号可建模为：其中，<·>l表示位于l位置上的阵元所接收到的信号；相应地，内插稀疏阵列的采样协方差矩阵可表示为：其中，T为采样快拍的个数，(·)H表示共轭转置；(3)定义一个维内插稀疏阵列投影向量p，该向量为二值向量，且与内插稀疏阵列中各阵元的状态一一对应：若内插稀疏阵列中某个位置上的阵元为物理阵元，则p中相应位置上的元素为1；若内插稀疏阵列中某个位置上的阵元为虚拟阵元，则p中相应位置上的元素为0；(4)设计基于矩阵秩最小化的内插稀疏阵列协方差矩阵重建优化问题并求解：以内插稀疏阵列采样协方差矩阵作为参...

【专利技术属性】
技术研发人员：周成伟，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