【技术实现步骤摘要】
基于非均匀排列的超表面阵列信号波达方向估计方法
[0001]本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种超表面阵列波达方向估计方法，可用于目标定位。
技术介绍
[0002]阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，其研究内容包括信号检测、参数估计、空间滤波、目标定位等，在通信、雷达、声呐及地震勘探等多个领域中得到了广泛的应用。阵列信号处理是通过构建空间中不同排列方式放置的天线阵元组成的天线阵列，采用专用算法对天线阵列中阵元接收的来波信号进行检测、处理，实现信号源个数、波达方向、准确频率的估计，以实现超分辨率的估计。
[0003]波达方向DOA是指空间信号的到达方向，即信号到达阵列的方向角。波达方向是阵列信号处理领域的重要组成部分，主要研究阵列的处理系统对空间信号的波达方向进行准确估计的能力，在参数估计、电子对抗、信号识别、移动通信等领域具有重要的应用价值。波达方向估计中的一种经典算法：多重信号分类MUSIC算法，该算法的基本思想是对任意阵列接收数据的协方差矩阵进行特征分解，从而得到与信号分量相对应的信号子空间和与信号...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于非均匀排列的超表面阵列信号波达方向估计方法，其特征在于，包括：(1)用M个超表面阵元线性排列组成超表面子阵列，用Q个超表面子阵列作为基础单位，按照嵌套阵列布阵方式构建非均匀超表面阵列，其中，子阵列中相邻两个超表面阵元的间距为d，d≤λ/2，λ为入射到阵列的窄带信号波长，M≥2，Q≥2；(2)获取非均匀超表面阵列接收信号Y(t)：(2a)假设空间中有K个远场信号源发射的窄带信号，使用Q个超表面子阵列对空间中目标信号进行快拍采样，得到非均匀超表面阵列接收信号Y(t)：Y(t)＝[Y1(t),Y2(t),
…
Y
q
(t),
…
,Y
Q
(t)]
T
，其中，K的取值范围是：1≤K≤QM，Y
q
(t)代表第q个超表面子阵列的接收信号，q的取值范围是：1≤q≤Q；(2b)将非均匀超表面阵列接收信号Y(t)分解为：Y(t)＝WA(θ)s(t)+N，其中，W为阵列的阵列流形附加数据矩阵，A(θ)为阵列的阵列流形矩阵，s(t)为入射信号矢量，N为阵列接收的高斯白噪声，t表示离散时间，1≤t≤L，L表示信号在时域上的采样点数；(3)计算非均匀超表面阵列接收信号Y(t)的协方差矩阵R
d
：其中,[
·
]
H
表示共轭转置运算；(4)根据协方差矩阵R
d
，构造等效协方差向量r
d
：其中，R
d
(i,j)表示协方差矩阵R
d
中位于第i行，第j列的元素，i的取值范围为1≤i≤XQ，j的取值范围为1≤j≤XQ，X表示编码超表面阵列的权值编码次数；(5)根据等效协方差向量r
d
，构建托普利兹矩阵(5a)计算等效协方差向量r
d
中所有元素R
d
(i,j)的维数h
i,j
：其中，表示非均匀超表面阵列中第i个阵元的阵元位置，表示非均匀超表面阵列中第j个阵元的阵元位置，1≤i≤XQ，1≤j≤XQ；(5b)删除等效协方差向量r
d
中维数相同的元素和维数不连续的元素，并将剩余元素按维数从小到大排列，得到虚拟协方差向量(5c)以虚拟协方差向量的元素构建托普利兹矩阵其中，托普利兹矩阵是主对角线上元素维数相同且任一条平行于主对角线的直线上的元素维数相同的矩阵。(6)对托普利兹矩阵进行特征值分解，得到噪声子空间矩阵E
n
；(7)根据噪声子空间矩阵E
n
构造空间谱P
MUSIC
(θ)：(7a)构造导向向量a(θ)：a(θ)＝[1,e
‑
j2πdsinθ/λ
,...,e
‑
j2πdzsinθ/λ
,...,e
‑
j2πd(Z
‑
1)sinθ/λ
]
T
，
其中，e
‑
j2πdzsinθ/λ
表示非均匀超表面阵列的第z个阵元的导向向量元素，0≤z≤Z
‑
1，Z为非均匀超表面阵列的总阵元个数，Z＝QM；(7b)通过噪声子空间矩阵E
n
和阵列流形附加数据矩阵W以及导向矢量a(θ)构造空间谱P
MUSIC
(θ)：(8)通过绘制幅度谱图获取测角估计结果：(8a)采用空间网格划分方法，根据空间谱P
MUSIC
(θ)绘制幅度谱图；(8b)将幅度谱图中幅值较大的前K个谱峰对应的x轴坐标，作为所求的K个远场窄带信号的波达方向估计值：其中为第k个窄带信号的波达方向，1≤k≤K。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(1)中按照嵌套阵列布阵方式构建非均匀超表面阵列，实现如下：(1a)以超表面子阵列作为最小单位，用F1个子阵列形成第一组合...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晶晶，周峰，谭宇燕，杨世豪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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