【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及远场非相干分布式信号源定位，尤其涉及一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法。
技术介绍
1、远场信号源定位在通信、雷达、导航、声纳等众多领域中受到广泛应用。非相干分布源符合实际无线通信场景，传统点信源算法未考虑空间扩散影响，因而其性能明显下降。对于分布源定位，在小角度扩展假设下，通常基于泰勒展开近似处理建立gam模型，根据广义旋转不变性和秩损原理估计角度参数。非均匀阵列的设计应用能够减少传感器的数量，且有效降低生产成本和计算时间，同时提高了估计性能，迄今为止已提出几种基于非均匀阵列的doa估计算法。此外，利用接收数据的时间信息可进行虚拟孔径扩展和提高算法估计性能。目前大多数分布源二维测向算法未充分利用空时特性，在远场非相干分布源场景下，也尚未提出基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够降低计算复杂度，且估计精度更高的基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法。
2、本专利技术所采用的技术方案是，一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，该方法包括如下步骤：
3、s1、建立基于l型阵列的远场非相干分布源信号模型，所述模型由阵列x和阵列y两个子阵列构成，阵列x为位于x轴上的均匀线阵，阵列y为位于y轴的均匀线阵，阵列x和阵列y的阵元数目分别为n和m，在原点处两个子阵列共用一个阵元，其作为参考阵元；设定k个方向为的不相关窄带远场分布式信号源以lk条路径入射到所述两个
4、s2、基于步骤s1建立的模型，将阵列x和阵列y的阵元接收数据矩阵分别分为l帧，设定总快拍数为t，则每帧包含t-l+1个快拍，对阵列x和阵列y的阵元接收数据进行延时互相关计算，通过公式rmn(τ)得到r(τ)；取延时τ＝-l,1-l,…,l，得到虚拟接收数据rxy：rxy＝[r(-l),r(1-l),…,r(l)]＝drs，其中，rs＝[rgg(-l),rgg(1-l),…,rgg(l)]，d表示虚拟接收数据rxy所对应的虚拟导向矩阵，rgg表示信号源的延时自相关矩阵；
5、s3、基于步骤s2得到的虚拟接收数据rxy，计算虚拟接收数据rxy的协方差矩阵r；对所述协方差矩阵r进行特征值分解，取最大的3k个特征值对应特征向量构成信号子空间es，并满足es＝dt，其中，t表示满秩矩阵；
6、s4、对第一个二维角度参数ηx进行估计：分别取阵列x的第1～n-1和第2～n个阵元，第1～n-1个阵元划分为子阵x1，第2～n个阵元划分为子阵x2，定义选择矩阵和其中，jx1＝[in-1,0(n-1)×1]，jx2＝[0(n-1)×1,in-1]，im表示m阶单位阵，in-1表示n-1阶单位阵，基于步骤s3的信号子空间es得到：ex1＝kx1es和ex2＝kx2es；并构造函数其中，对函数进行谱峰搜索，得到的k个极大值点对应k个角度参数ηx，所述的参数ηx表示为：ηx＝cosθsinφ；
7、s5、对第二个二维角度参数ηy进行估计：将阵列y的第1～m-1个阵元划分为子阵y1，将第2～m个阵元划分为y2，定义选择矩阵和其中，jy1＝[im-10(m-1)×1]，jy2＝[0(m-1)×1im-1]，in表示n阶单位阵，im-1表示m-1阶单位阵，基于步骤s3的信号子空间es得到：ey1＝ky1es和ey2＝ky2es；构造函数其中，对函数进行谱峰搜索，得到的k个极大值点对应k个角度参数ηy，所述的参数ηy表示为：ηy＝sinθsinφ；
8、s6、基于步骤s4中找到的k个ηx角度参数和步骤s5中找到的k个ηy角度参数，从2k个角度参数中匹配出第k个信号源的二维角度参数(ηxk,ηyk)；
9、s7、基于步骤s6中完成参数匹配后的信号源角度参数(ηxk,ηyk)，得到信号源的doa，所述的信号源的doa表示为：θk＝arg(ηxk+jηyk)，
10、本专利技术的有益效果是：上述一种基于延时互相关的远场非相干分布源二维参数欠定估计方法，采用l型阵列，基于二元泰勒近似gam模型，在步骤s4和步骤s5中使用一维粗细搜索得到两个二维角度参数，在步骤s6中实现参数匹配，最终通过步骤s7计算得到信号源doa。同时，在参数估计过程中，直接利用信号的互相关函数以及空时特性构造虚拟接收数据进行虚拟孔径扩展，可实现信号源的欠定估计。本专利技术方法与已有的算法相比，能够有效降低复杂度并估计更多信号源且估计精度更好。
11、作为优选，在步骤s1中，所述的阵列x的接收数据矩阵x(t)的表达式为：x(t)＝bxg(t)+nx(t)，其中，bx＝[ax,axθ′,axφ′]ax＝[ax(θ1,φ1),ax(θ2,φ2),…,ax(θk,φk)]，g(t)＝[g0(t)t,g1(t)t,g2(t)t]t，g0(t)＝[v10(t),v20(t),…,vk0(t)]t，g1(t)＝[v11(t),v21(t),…,vk1(t)]t，g2(t)＝[v12(t),v22(t),…,vk2(t)]t；所述的阵列y的接收数据矩阵y(t)的表达式为：y(t)＝byg(t)+ny(t)，其中，by＝[ay,ayθ′,ayφ′]，ay＝[ay(θ1,φ1),ay(θ2,φ2),…,ay(θk,φk)]，
12、作为优选，在步骤s2中，所述延时互相关计算公式rnm(τ)的表达式为：
13、
14、其中，ρk(τ)＝e[s(t)s*(t+τ)]，取n＝1,2,…,n和m＝1,2,…,m，
15、
16、其中，⊙表示khatri-rao积。
17、作为优选，在步骤s3中，所述的虚拟接收数据rxy的协方差矩阵r的表达式为：其中
18、作为优选，在步骤s4中，所述的对第一个二维角度参数ηx进行估计的具体过程包括下列步骤：
19、s4.1、分别取阵列x的第1～n-1和第2～n个阵元，第1～n-1个阵元划分为子阵x1，第2～n个阵元划分为子阵x2，子阵x1的接收数据矩阵表示为：x1(t)＝bx1g(t)+nx1(t)，子阵x2的接收数据矩阵表示为：x2(t)＝bx2g(t)+nx2(t)，其中，bx1＝jx1bx，bx2＝jx2bx，jx1＝[in-1,0(n-1)×1]，jx2＝[0(n-1)×1,in-1]，bx2＝ψx*bx1，*表示hadamard积，ψx＝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的阵列x的接收数据矩阵x(t)的表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤S2中，所述延时互相关计算公式rnm(τ)的表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤S3中，所述的虚拟接收数据Rxy的协方差矩阵R的表达式为：其中
5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤S4中，所述的对第一个二维角度参数ηx进行估计的具体过程包括下列步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤S5中，所述的对第二个二维角度参数ηy进行估计的具体过程包括下列步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布
...【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤s1中，所述的阵列x的接收数据矩阵x(t)的表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤s2中，所述延时互相关计算公式rnm(τ)的表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟孔径扩展的远场分布源二维欠定估计方法，其特征在于：在步骤s3中，所述的虚拟接收数据rxy的协方差矩阵r的表达式为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：金垄晟，陈华，方嘉雄，许高明，刘尉悦，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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