互质面阵下降维Capon的二维DOA估计方法技术

本发明专利技术公开了在互质面阵下对多个信号进行二维DOA估计的降维Capon算法。本发明专利技术算法先求得接收信号的协方差矩阵，然后把二维谱函数降维到一维，利用真实和模糊DOA估计之间的线性关系，在局部区域上进行一维部分谱搜索，就可以得到一个与理论DOA相关的模糊DOA估计，从而显著降低了计算复杂度，最后，根据互质面阵的性质可以得到真实的DOA估计。与传统的互质面阵二维Capon算法相比，该方法可以获得几乎相同的DOA估计性能，同时又避免了二维谱峰搜索带来的巨大运算量，大大降低了计算复杂度。大大降低了计算复杂度。大大降低了计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
互质面阵下降维Capon的二维DOA估计方法


[0001]本专利技术涉及波达方向估计领域，具体的为互质面阵下降维Capon的二维DOA估计方法。

技术介绍

[0002]多个窄带信号源的波达方向估计是阵列信号处理中的一个基本课题，对无线通信、医学成像、雷达、声纳以及导航等各种工程应用也有着重大的意义。互质阵列因为可以减少互耦效应，增加自由度，提高分辨率，引起了人们的极大关注。人们也相继提出了各种互质阵列的DOA估计方法。为了消除相位模糊问题，有基于类投影的无搜索DOA算法，可以大大降低计算的复杂度，还可以用谱峰搜索方法，利用两个子阵的结果和互质阵性质得到波达方向。
[0003]在估计二维信号源的波达方向时，可以把互质对称稀疏交叉阵列用于DOA估计，并通过构造高阶矩阵给出了一种有效的算法。也可以将传统的二维多信号分类算法(MUSIC算法)应用于互质平面阵列，这样的全谱搜索方法具有很好的DOA估计性能，但是计算复杂度很高，部分谱搜索方法虽然降低了一定的复杂度，但是因其仍然需要二维谱峰搜索，计算量依然很大，在实际工程中耗费的成本很高。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.互质面阵下降维Capon的二维DOA估计方法，其特征在于，所述估计方法包括以下步骤：1)通过互质面阵接收信号；2)将互质面阵分为两个均匀子阵i,(i＝1,2)，分别计算两个均匀子阵i接受信号的协方差矩阵R
ix
，得到二维Capon的空间谱函数，对二维Capon的空间谱函数降维；3)对降维后的谱函数进行局部谱峰搜索得到v
k
(k＝1,2,
…
,K)的估计值，根据v
k
(k＝1,2,
…
,K)的估计值结合最小二乘法得到u
k
(k＝1,2,
…
,K)的估计值，即得到初步估计值4)根据真实波达方向与模糊波达方向之间的相位差计算出所有可行的参数(u,v)对，再计算差分函数d
c
并选择K个最小值，得到真实的DOA估计值5)根据真实的DOA估计值求出信源方向的仰角和方位角，即得到二维DOA估计。2.如权利要求1所述的互质面阵下降维Capon的二维DOA估计方法，其特征在于，步骤2)的实现过程为：2.1)假设空域中有K个相互独立的窄带源从{(θ
k
,φ
k
)|k＝1,2,
…
,K}入射所述互质面阵，其中θ
k
和φ
k
分别是第k个信源的仰角和方位角，定义参数u
k
＝sinθ
k
cosφ
k
，v
k
＝sinθ
k
sinφ
k
(k＝1,2,
…
,K)，把互质面阵分为两个均匀子阵i,(i＝1,2)，均匀子阵的阵元数为M
i
×
M
i
(i＝1,2)，M
i
为第i个子阵每行(列)的阵元数，第i个子阵的接受信号表示为X
i
＝A
i
S+N
i
，其中X
i
＝[x
i
(1),x
i
(2),
…
,x
i
(L)]，xi(L)为第L个快拍数下子阵的接收信号，S＝[s1,s2,
…
,s
K
]
T
是源信号矩阵，s
k
＝[s
k
(1),s
k
(2),
…
,s
k
(L)](k＝1,2,
…
,K)，s
k
(L)表示第L个快拍数的信源，L是快拍数，是均值为0方差为σ2的加性高斯白噪声，是第i个子阵的方向矩阵：a
xi
(u
k
)和a
yi
(v
k
)是第i个子阵的x方向和y方向的方向矢量：a
xi
(u
k
)＝[1,exp(
‑
j2πd
i
u
k
/λ),
…
,exp(
‑
j2π(M
i
‑
1)d
i
u
k
/λ)]
T
，a
yi
(v
k
)＝[1,exp(
‑
j2πd
i
v
k
/λ),
…
,exp(
‑
j2π(M
i
‑
1)d
i
v
k
/λ)]
T
；2.2)根据步骤2.1)得到的接收信号矩阵X
i
＝[x
i
(1),x
i
(2),
…
,x
i
(L)]，求出它的协方差矩阵通过进行估计；其中：d
i
表示第i个子阵的阵元间距；且其满足d
i
＝M
j
λ/2,，M
j
为另一个子阵每行的阵元数；2.3)根据步骤2.2)得到的协方差矩阵R
ix
，二维Capon的空间谱函数为：式中参数u＝sinθcosφ，v＝sinθsinφ，方向矢量a
xi
(u)＝[1,exp(
‑
j2πd
i
u/λ),
…
,exp(
‑
j2π(M
i
‑
1)d
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩盛欣来，张小飞，李宝宝，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：