【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信号与信息处理领域中的传感器阵列信号处理，涉及的是一种基于互质阵列的波束空间相干信号doa估计方法，具体地说是在相干信号场景下将传统互质阵列通过虚拟阵列扩展为均匀线阵，再由阵元域转换到波束域进行信号处理，实现互质阵列相干信号doa估计的方法。
技术介绍
1、波达方向(direction of arrival,doa)估计是近年来阵列信号处理领域的研究热点问题之一，在雷达、声纳、无线通信等领域有广阔的应用前景。doa估计是智能天线的重要组成部分，同时在无线定位应用中有着十分重要的意义。在过去十几年里，国内外研究者提出了许多高分辨率的互质阵列doa估计算法。为了利用互质阵列提供的自由度优势，可以通过计算互质阵列的差分集合构建增强虚拟阵列，并实现其等效虚拟阵列信号统计来进行doa估计。由于派生的虚拟阵列包含更多虚拟传感器，因此克服了物理传感器数量限制的自由度限制。在基于虚拟阵列的方法中，空间平滑技术是最流行的一种，它需要基于ula的信号模型来进行doa估计。与产生连续虚拟阵列结构的嵌套阵或最小冗余阵不同，从互质阵列派生的差分互质阵列通常有空洞，这表明互质阵列通常是部分可增阵列。因此，难以对对应于非均匀虚拟阵列的导出信号统计进行操作。为了解决这个问题，常见的解决方案是从非均匀虚拟阵列中提取最大连续部分，形成虚拟ula。然而，以这种方式生成的虚拟ula是以减少可实现的dof和虚拟阵列孔径为代价的，因为不连续的虚拟传感器被丢弃，因此虚拟阵列中包含的信息没有被充分利用。
2、本专利针对已有的互质阵列doa估计方法，首
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有传统互质阵列doa估计方法存在的不足，提出一种基于互质阵列的波束空间相干信号doa估计方法，该方法采用虚拟插值的方法，将传统互质阵列变为一个虚拟均匀线阵，并将虚拟线性阵列划分为多个重叠子阵。通过采用波束形成的方法，将阵列接收数据从阵元域转换到波束域，由于波束空间中的噪声协方差矩阵存在若干重叠子阵列而引入了颜色噪声，对噪声进行白化处理，得到波束空间输出协方差矩阵，进一步将多个波束方向的接收信号协方差矩阵相加，实现波束空间的接收信号协方差矩阵重构，从而利用music方法得到最终的doa估计结果。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
3、一种基于互质阵列的波束空间相干信号doa估计方法，包括如下步骤：
4、步骤一：互质阵列由两个稀疏均匀线性的子阵1和子阵2嵌套构成，子阵1的阵元个数为m，阵元间距为nd，子阵2的阵元个数为n，阵元间距为md，m和n为互质的整数，d＝λ/2，λ为半波长，除第一个阵元，互质阵列其他阵元不会相互叠加，总阵元数为m+n-1，互质阵列接收信号表示为其中s(t)为信源矢量,a＝[a(θ1),a(θ2),…,a(θk)]为阵列流形矩阵，k表示入射信号的个数，其中上标“t”表示矩阵转置运算，信号标号k＝1,2,…,k，n(t)为加性高斯白噪声上标“h”表示hermitian转置运算；
5、步骤二：设虚拟阵元位于ld＝{li,i＝1,2,…,m+n-1}d，l1为实际阵元的位置集合的差分集，即l1＝{li-lj|i,j＝1,2,…,m+n-1}，重复阵元位置取均值后的集合为l2＝{±(mn-nm)|n＝0,1,…,n-1,m＝0,1,…,m-1}，根据此集合，得到非均匀虚拟阵列，虚拟阵列对应的导向矢量其中虚拟阵列接收信号表示为计算虚拟阵列协方差矩阵将矢量化得到其中，c1为位于l1d的互质虚拟阵列的导向矢量构成的矩阵；
6、步骤三：构造新虚拟阵元位置集合l3＝{li,i＝-m-n+1,…,0,…,m+n-1}，建立的向量化协方差矩阵v2和步骤二得到的l1向量化协方差矩阵v1之间的关系，原虚拟阵元的等效信号不变，内插虚拟阵列接收到的信号为
7、步骤四：由于插值，步骤二的非均匀虚拟阵列经步骤三变为一个均匀线性阵列，现在对步骤三中的虚拟均匀线阵进行空域平滑，将步骤三中的虚拟均匀线阵划分为h个子阵，每个子阵包含p＝(m+n-1)-h个元素，其中p≥k+1，相邻子阵之间间隔一个元素；
8、步骤五：对于第h个子阵v2h，θb方向上的波束转向矢量为其中αi,i＝1,2,…,p表示可用于降低旁瓣电平的幅度加权系数，θb可通过常规波束形成器以及其他方法获得；
9、步骤六：定义矩阵其中i为单位矩阵，对矩阵e进行特征值分解得到矩阵d1和矩阵v1，d1＝diag(λ1,λ2,…,λk)，其中diag(·)表示对角矩阵，λk为矩阵e的特征值，波束空间阵列操纵矩阵u表示为
10、步骤七：将tb与v2h相乘，得到波束空间θb方向上第h个子阵的阵列输出矢量为bbh(t)＝tbv2h＝xbh(t)+gbh(t)，其中xbh(t)和gbh(t)分别表示第h个子阵列信号输出和波束空间的θb方向上的噪声输出，
11、进一步得到波束空间中的阵列输出矢量为bb(t)＝tbv2＝xb(t)+gb(t)，其中波束空间噪声向量计算波束空间中的阵列输出协方差矩阵其中sbb和nbb分别表示波束空间θb中的接收信号协方差矩阵和噪声协方差矩阵，由于步骤一中n(t)是高斯白噪声向量，波束空间中的噪声协方差矩阵nbb可以表示为
12、步骤八：由与步骤七中波束空间中的噪声协方差矩阵nbb存在若干重叠子阵列而引入了颜色噪声，现对其进行白化处理，使用特征值分解，并且n可以表示为n＝qλqh，其中是由矩阵n的特征值组成的对角矩阵，然后用这些特征值对酉矩阵q的列向量进行加权，得到一个新的矩阵q′为然后将波束空间中的阵列输出协方差矩阵rbb白化为
13、步骤九：根据步骤七得到的rbb和步骤八得到的矩阵rbb′，计算接收信号协方差矩阵为继续对接收信号协方差矩阵sbb执行空间平滑处理得到其中jk表示交换矩阵，其反对角线上为1，其他地方为0，进一步将多个波束方向的接收信号协方差矩阵相加，实现波束空间的接收信号协方差矩阵重构，得到矩阵其中f是波束方向的数量；
14、步骤十：对矩阵sb按照公式执行特征值分解，得到信号子空间us和噪声子空间un，其中σs和σn为对角矩阵，对角线上的元素分别表示信号对应的特征值和噪声对应的特征值；将噪声子空间代入公式进行谱峰搜索，得到相干信号doa估计值。
15、本专利技术的技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
16、(1)本专利技术将稀疏线性阵列扩展为虚拟均匀线性阵列，提高了分辨率和估计精度；
17、(2)本专利技术在互质阵列的条件下通过联本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于互质阵列的波束空间相干信号DOA估计方法，互质阵列由两个稀疏均匀线性的子阵1和子阵2嵌套构成，子阵1的阵元个数为M，阵元间距为Nd，子阵2的阵元个数为N，阵元间距为Md，M和N为互质的整数，d＝λ/2，λ为半波长，除第一个阵元，互质阵列其他阵元不会相互叠加，总阵元数为M+N-1，其特征在于：DOA估计方法包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于互质阵列的波束空间相干信号doa估计方法，互质阵列由两个稀疏均匀线性的子阵1和子阵2嵌套构成，子阵1的阵元个数为m，阵元间距为nd，子阵2的阵元个数为n，...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺劲松，王绪虎，孙高利，冯洪浩，陈建军，王辛杰，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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