【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计属于阵列信号处理领域，具体的说，是一种基于平行互质虚拟阵列的插值二维doa估计方法。
技术介绍
1、在阵列信号处理中，波达方向(direction of arrival，doa)估计算法被广泛应用于雷达、声呐和无线通信等领域，基于均匀线阵的doa估计技术成熟且阵列结构简单，是最常用的阵列doa估计方法。近年来，由于互质阵列在相同阵元数下较均匀阵列有更大的孔径，由于其出色的性能引起了广泛的关注。然而，由于互质阵列的非均匀性，该阵列相应的doa估计算法较均匀线阵更难实现，故互质阵列doa估计算法具有一定研究意义。将互质阵列通过某种方式拓展成虚拟阵列，虚拟阵列阵元数比实际的阵元数多，在一定程度上可以增加自由度。由互质阵拓展得到的虚拟阵列由于缺失阵元而不是线性均匀阵列，运用传统的doa估计方法无法得出准确的波达方向。
2、本专利对传统互质阵列进行拓展得到的虚拟阵列，并对其进行阵列插值，构造一个均匀的线性虚拟阵列，将插值后的互质阵列应用到平行阵列当中，从而增加自由度，将插值重构的自协方差矩阵和互协方差矩阵构造具有增强二维角度自由度的扩展矩阵，通过奇异值分解(svd)和旋转不变技术(esprit)获得自动匹配的二维角度估计，能识别更多入射信号，将二维doa估计转化为两个一维doa估计，充分利用虚拟阵列中包含的信息，充分利用阵元信息，提高了估计自由度和分辨率。
技术实现思路
1、本专利针对现有二维doa估计方法存在的不足提出一种基于平行互质虚拟阵列的插值二维doa估计方
2、步骤一：子阵1和子阵2的阵列接收数据分别为x(t)＝as(t)+nx(t)和y(t)＝aωs(t)+ny(t)，其中s(t)＝[s1(t),s2(t),…,sk(t)]t表示入射信号矢量，nx(t)和ny(t)分别为子阵1和子阵2接收到的加性白高斯噪声数据矢量，且噪声与入射信号是无关的，a＝[a(α1),…,a(αk)]为子阵1的流形矩阵，其中k表示入射信号的个数，s＝{zi,i＝1,2,…,m+n-1}表示子阵1和子阵2中的阵元位置集合，为旋转因子矩阵，式中[·]t表示矩阵的转置，diag{·}表示对角矩阵；
3、步骤二：计算子阵1与子阵1的自协方差矩阵l为快拍数量，[·]h表示矩阵的共轭转置；
4、步骤三：矢量化得到其中vec(·)表示将矩阵按列拉伸为长矢量，从v1中去重重复元素并排序获得虚拟阵列
5、步骤四：对虚拟阵列进行插值得到虚拟阵列信号其中表示位置i处的虚拟传感器的虚拟信号；
6、步骤五：通过对向量中的元素进行重新排列可得
7、
8、步骤六：将步骤五中的协方差矩阵代入凸优化问题，
9、
10、利用凸优化工具箱对上述问题进行求解，得到插值以后的协方差矩阵t(z)，其中p为与矩阵相同维度的投影矩阵，矩阵与p中的元素均与内插均匀阵列的矢量元素对应，但矩阵p对应内插阵元的元素值为0，其余为1，t(z)为以向量z为第一列的厄米特托普利兹矩阵，τ表示正则化参数，表示hadamard乘积，||·||f表示frobenius范数，tr(·)表示矩阵的迹，rank(·)为矩阵的秩；
11、步骤七：计算子阵1与子阵2的互协方差矩阵矢量化得从v2中去重重复元素并排序获得虚拟阵列
12、步骤八：对虚拟阵列进行插值得到虚拟阵列信号其中
13、
14、步骤九：通过对向量中的元素进行重新排列可得
15、
16、步骤十：根据步骤六得到插值以后的协方差矩阵t和步骤九得到的构造扩展矩阵
17、步骤十一：对rm进行特征值分解得到信号子空间u1，对u1进行分块得其中u11、u12的维度均为(m(n-1)+1)×k，构造矩阵
18、步骤十二：对矩阵f进行特征分解得到特征值那么α角可以估计为
19、步骤十三：将步骤十二得到的带入中得到估计值其中表示克罗内克积运算，构造
20、步骤十四：对w进行奇异值分解，最小奇异值对应的右奇异向量vs，vs1为vs前k项，vs2为vs最后一项，计算对其元素进行运算，可得β角的估计
21、步骤十五：由步骤十二得到的和步骤十四的可得方位角和俯仰角的估计值
22、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：
23、(1)本专利技术对传统互质阵列进行虚拟插值，提高了阵列孔径，提高了二维doa估计的估计精度；
24、(2)构造扩展矩阵增加了自由度，提高算法精度；
25、(3)本专利技术无需谱峰搜索，从而大大降低了计算复杂度；
26、(4)本专利技术方法实现了方位角和俯仰角的自动匹配。
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1.一种基于平行互质虚拟阵列的插值二维DOA估计方法，该方法适用于平行互质传感器阵列，所述的平行互质传感器阵列包括由子阵1和子阵2，子阵1沿Y轴展开，子阵2阵元数量与阵列结构与子阵1相同，且子阵2与子阵1平行放置，都放置XOY平面上，子阵2与子阵1的距离为d，其中d为信号的半波长，即d＝λ/2；子阵1由一对均匀线阵嵌套而成，第一个均匀线阵由间隔Nd的M个传感器组成，所述M个传感器分别位于Y轴{0,Nd,2Nd,…,(M-1)Nd}的位置上，第二个均匀线阵则由间隔Md的N个传感器组成，分别位于Y轴{0,Md,2Md,…(N-1)Md}的位置上，其中M和N是互质整数，所述的两个线阵构成一个互质线阵，该互质线阵共由M+N-1个传感器组成；子阵2的阵元在X轴方向的坐标都为d,在Y轴方向的坐标与子阵1的对应阵元坐标相同；利用和θk分别表示第k(k＝1,…,K)个入射信源的方位角和俯仰角，利用αk和βk分别表示入射信号与X轴和Y轴的方向角，所述方向角与所述方位角和俯仰角之间的关系为：和其特征在于：DOA估计包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于平行互质虚拟阵列的插值二维doa估计方法，该方法适用于平行互质传感器阵列，所述的平行互质传感器阵列包括由子阵1和子阵2，子阵1沿y轴展开，子阵2阵元数量与阵列结构与子阵1相同，且子阵2与子阵1平行放置，都放置xoy平面上，子阵2与子阵1的距离为d，其中d为信号的半波长，即d＝λ/2；子阵1由一对均匀线阵嵌套而成，第一个均匀线阵由间隔nd的m个传感器组成，所述m个传感器分别位于y轴{0,nd,2nd,…,(m-1)nd}的位置上，第二个均匀线阵则由...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙高利，王绪虎，冯洪浩，王辛杰，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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