【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是海洋观测的潜标以及移动观测平台的目标探测处理方法，是一种基于互质阵的无网格相干信号doa估计方法，具体的说，是一种基于水下互质水听器阵列进行目标的入射方位估计的方法，该方法不需要入射方向的网格搜索，直接计算出方位的估计值。
技术介绍
1、在过去的十几年中，互质阵列在doa估计领域引起了广泛的关注，因为它们可以扩展成自由度更高的虚拟均匀线阵，同时阵元间遭受较少的耦合效应。在互质阵列的研究中，已经提出了许多用于doa估计的方法，然而，大多数方法仅针对独立信号。由于实际水声环境非常复杂，阵列接收到的信号通常是相干的，这会引起阵列接收数据协方差矩阵的秩损失，从而导致这些doa估计方法的估计性能严重下降，无法对相干信号进行doa估计。
2、从上个世纪80年代开始，对于相干信号doa估计算法的研究就开始引起学者的重视，涌现出大量的研究成果和文献。其中，在互质阵的相干信号doa估计方法中，大部分为网格搜索类方法，该类方法需要对doa值域进行网格划分，网格的数量远大于实际的源数量，这无疑增加了一定的计算成本。另外，由于doa的真实值可能不是正好分布在网格点上，因此网格类方法通常存在网格误差，限制了估计的准确性。如果有一种处理方法，通过对阵列接收数据协方差矩阵进行处理，不需要对doa值域网格划分就能得到相干信号准确的doa估计值，则可以提升该类方法在实际工程中的应用价值。
3、本专利提出了一种基于互质阵的无网格相干信号doa估计方法，在doa值的连续域上实现了相干信号doa估计，节省了网格划分，搜索所需的
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对基于网格类方法存在网格误差，限制估计的准确性和协方差矩阵重构方法(cmra)无法应用于相干信号doa估计的问题，提出了一种基于互质阵的无网格相干信号doa估计方法。其特征在于：该专利方法首先对阵列接收数据协方差矩阵对角线元素取均值，根据其均值进行toeplitz矩阵重构，并利用其toeplitz结构进行低秩矩阵重构。然后通过半正定矩阵的迹范数来放松非凸低秩矩阵重构问题，利用凸优化cvx工具箱求解该问题得到秩恢复矩阵。最后，结合esprit算法进行doa估计。与传统方法相比，本专利方法无需进行网格划分，解相干能力更强，在低信噪比、少快拍以及信号入射角度间隔较小的情况下可以准确对相干信号进行方位估计，在实际工程中具有重要的应用价值。
2、本专利技术的一种基于互质阵的无网格相干信号doa估计方法信号处理过程包括如下的步骤：
3、步骤一、将由两个子阵构成的l元构成的互质阵列接收数据表示为x(t)＝as(t)+n(t)，其中，子阵1由m个阵元组成，阵元间距为nd，子阵2由n个阵元组成，阵元间距为md，m和n为一对互质数，d为信号波长λ的一半，l＝m+n-1，x(t)＝[x1(t),x2(t),…,xl(t)]t为阵列接收数据矩阵，a＝[a(θ1),a(θ2),…,a(θk)]为阵列流型矩阵，表示阵列导向矢量，表示互质阵列中阵元位置索引序号集合，θk表示入射信号的方位角，k＝1,2,…,k，k表示入射信号的个数，s(t)＝[s1(t),s2(t),…,sk(t)]t为阵列接收到的信号矢量，n(t)＝[n1(t),n2(t),…,nl(t)]t为阵列接收的高斯白噪声数据矩阵，t＝1,2,…,t，表示阵列数据的采样索引，式中上标“t”表示矩阵转置；
4、步骤二、根据公式计算互质阵列接收数据x(t)协方差矩阵的估计值，式中上标“h”表示矩阵的共轭转置；
5、步骤三、根据公式和r(l)＝r*(-l)，l＝0,1,…,l-1求取协方差矩阵的下三角部分对角线元素平均值，并构造拓普利兹矩阵
6、其中，γ(u)为阵列接收的信号矢量构造的拓普利兹矩阵，u＝[u1,u2,…,ul]t为γ(u)的第一列，nn为阵列接收的噪声矢量构造的拓普利兹矩阵，上标“*”表示取复共轭；
7、步骤四、根据公式计算矩阵w，并计算
8、步骤五、设置l×q维矩阵g，其中，q＝mn-n+1，矩阵g的第l行只有集合中元素对应位置为1，其他位置全为0；
9、步骤六、通过cvx凸优化工具箱对最小化问题s.t.γ(u)≥0求解，得到秩恢复后的q×q维新协方差矩阵γ(u)，其中，λ>0是用户定义的正则化参数；
10、步骤七、根据公式对新协方差矩阵γ(u)进行特征值分解，λs为新协方差矩阵γ(u)的k个大特征值对应的对角矩阵，us为其对应的信号子空间，λn为新协方差矩阵γ(u)剩余的小特征值对应的对角矩阵，un为其对应的噪声子空间；
11、步骤八、对信号子空间us划分为两部分其中，us1由信号子空间us的前q-1行组成，us2由信号子空间us的后q-1行组成；
12、步骤九、根据公式计算矩阵f；
13、步骤十、对矩阵f进行特征值分解得到k个大特征值
14、步骤十一、根据公式计算相干信号的doa估计值。
15、本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
16、(1)本专利技术中的方法通过对互质阵列接收数据协方差矩阵的对角线元素取均值，利用均值构造toeplitz矩阵，实现对相干信号解相干；
17、(2)本专利技术利用重构矩阵的toeplitz结构进行低秩矩阵重构，通过半正定矩阵的迹范数来放松非凸低秩矩阵重构问题，在一定程度上提高了对相干信号的估计性能；
18、(3)本专利技术是一种基于无网格的算法，不需要对doa值域进行网格划分，相比于网格类算法降低了计算成本；
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1.一种基于互质阵的无网格相干信号DOA估计方法，其特征在于：DOA估计方法包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于互质阵的无网格相干信号doa估计方...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯玉君，王绪虎，金序，王辛杰，冯秋霞，陈建军，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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