基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法，包括：基于互质阵列、增广扩展阵列构建EEAS

【技术实现步骤摘要】
基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法


[0001]本专利技术属于阵列信号处理
，具体涉及一种基于互质阵列和增 广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法。

技术介绍

[0002]信号的波达方向(Direction
‑
of
‑
Arrival，简称DOA)估计是雷达、声 纳和无线通信等阵列信号处理中的一项基本任务。
[0003]传统的DOA估计方法，如多重信号分类算法(Multiple SignalClassification，简称MUSIC)和旋转不变性子空间类算法(Estimating SignalParameter via rotational Invariance Techniques，简称ESPRIT)，大多基于二阶 统计量，带来了可识别信号源数量、建模误差和高斯有色噪声等局限性。 20世纪80年代末，相关研究人员将四阶累积量的概念与DOA估计方法相 结合，发现了针对非高斯源的相关方法，克服了传统DOA估计方法的许多 局限性。1999年，P.Chevalier和A.Ferreol提出了虚拟阵列的概念，它解 释了四阶累积量在DOA估计中的作用。此外，在2006年提出了基于虚拟 阵列的2q
‑
MUSIC算法，该算法利用任意2q阶累积量进行DOA估计，从 而大大增加了自由度。此后，许多基于高阶累积量的DOA估计改进算法被 提出。随着q的增加，基于2q阶累积量的算法的计算量和分析复杂度迅速 增加，特别研究了基于四阶DOA估计方法。在“Ahmed,A.；Zhang Y.D.； Himed,B.Effective nested array design for fourth
‑
order cumulant
‑
based DOAestimation.In 2017IEEE Radar Conference(RadarConf),Seattle,WA,2017,pp. 0998
‑
1002.doi:10.1109/RADAR.2017.7944349.”中，通过进一步扩大传统二 级嵌套阵的相邻物理间距，提出了一种基于四阶累积量的有效算法。而在
ꢀ“
Shen,Q.；Liu,W.；Cui W.；Wu,S.Extension of Co
‑
Prime Arrays Based on theFourth
‑
Order Difference Co
‑
Array Concept.IEEE Signal Process Lett,2016,23, 615
‑
619.doi:10.1109/LSP.2016.2539324.”中，提出了一种基于互质阵列构建 四阶差分虚拟阵列的稀疏阵列(Sparse Array with four
‑
oder differenceco
‑
array enhanced based on CPA，简称SAFE
‑
CPA)方法，即在传统互质阵列 的基础上添加一组均匀子阵，当天线数量与“Cai,J.；Liu,W.；Zong R.Shen,Q. An Expanding and Shift Scheme for Constructing Fourth
‑
Order DifferenceCoarrays.IEEE Signal Process Lett,2017,24,480
‑
484.doi: 10.1109/LSP.2017.2664500.”中一些基于EAS算法的稀疏阵列相同时，如扩 展移位的嵌套阵列
‑
互质阵列(Expanding and Shift Scheme for NA
‑
CPA，简称 EAS
‑
NA
‑
CPA)，从而获得更大的自由度。
[0004]但是，上述几种通过构建四阶差分虚拟阵列的方法，均无法获得足够 大的连续滞后数，从而导致无法获得更高的精度检测更多的信号源，进而 影响DOA估计精度。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于互质阵 列和增广
扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法。
[0006]本专利技术的一个实施例提供了一种基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶 累积量DOA估计方法，包括：
[0007]基于互质阵列、增广扩展阵列构建EEAS
‑
NA
‑
CPA结构的稀疏阵列；
[0008]根据所述稀疏阵列获取阵列接收信号；
[0009]计算阵列接收信号的四阶累积量；
[0010]对所述阵列接收信号的四阶累积量重新构建得到新的列向量；
[0011]根据所述新的列向量构建空间平滑矩阵；
[0012]对所述空间平滑矩阵进行子空间分解实现DOA估计。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，构建的EEAS
‑
NA
‑
CPA结构的稀疏阵列中 阵元位置表示为：
[0014][0015][0016]其中，表示互质阵列的阵元位置集合，表示增广扩展阵列的阵元 位置集合，N1和N2是一对互质数，且N1＜N2，M1和M2为任意整数， C
O
＝(2b+1)N2+2N1‑
1，d＝λ/2，λ表示入射信号波长。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，计算的阵列接收信号的四阶累积量表示为：
[0018][0019]其中，cum(
·
)表示四阶累积量计算，表示根 据稀疏阵列获取的阵列接收信号，Q表示远场不相干信号个数，s
q
(t)表示第 q个远场信号，a(θ
q
)表示第q个远场信号的导向矢量，θ
q
表示第q个远场信号 的入射角度，A表示阵列流形，n(t)表示信道噪声，E(
·
)表示求期望，(
·
)
*
表 示求共轭，(
·
)
H
表示求转置，表示Kronecker积运算。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，对所述阵列接收信号的四阶累积量重新构 建得到新的列向量包括：
[0021]将所述阵列接收信号的四阶累积量拉直为一列向量；
[0022]根据所述稀疏阵列计算所述阵列接收信号的四阶累积量的连续滞后数；
[0023]根据所述阵列接收信号的四阶累积量连续滞后数构建新的阵列接收信 号；
[0024]根据所述阵列接收信号四阶累积量的列向量和所述新的阵列接收信号 构建所述新的列向量。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，拉直的阵列接收信号四阶累积量的列向量 表示为：
[0026][0027]其中，vec(
·
)表示将阵列接收信号的四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法，其特征在于，包括：基于互质阵列、增广扩展阵列构建EEAS
‑
NA
‑
CPA结构的稀疏阵列；根据所述稀疏阵列获取阵列接收信号；计算阵列接收信号的四阶累积量；对所述阵列接收信号的四阶累积量重新构建得到新的列向量；根据所述新的列向量构建空间平滑矩阵；对所述空间平滑矩阵进行子空间分解实现DOA估计。2.根据权利要求1所述的基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法，其特征在于，构建的EEAS
‑
NA
‑
CPA结构的稀疏阵列中阵元位置表示为：CPA结构的稀疏阵列中阵元位置表示为：其中，表示互质阵列的阵元位置集合，表示增广扩展阵列的阵元位置集合，N1和N2是一对互质数，N1＜N2，M1和M2为任意整数，C
O
＝(2b+1)N2+2N1‑
1，d＝λ/2，λ表示入射信号波长。3.根据权利要求2所述的基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法，其特征在于，计算的阵列接收信号的四阶累积量表示为：其中，cum(
·
)表示四阶累积量计算，表示根据稀疏阵列获取的阵列接收信号，Q表示远场不相干信号个数，s
q
(t)表示第q个远场信号，a(θ
q
)表示第q个远场信号的导向矢量，θ
q
表示第q个远场信号的入射角度，A表示阵列流形，n(t)表示信道噪声，E(
·
)表示求期望，(
·
)
*
表示求共轭，(
·
)
H
表示求转置，表示Kronecker积运算。4.根据权利要求3所述的基于互质阵列和增广扩展阵列的四阶累积量DOA估计方法，其特征在于，对所述阵列接收信号的四阶累积量重新构建得到新的列向量包括：将所述阵列接收信号的四阶累积量拉直为一列向量；根据所述稀疏阵列计算所述阵列接收信号的四阶累积量的连续滞后数；根据所述阵列接收信号的四阶累积量连续滞后数构建新的阵列接收信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万绪，刘冠豪，周延，汪霖，李艳艳，陈晓璇，姜博，孟娜，刘成，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：