【技术实现步骤摘要】
本申请涉及传感器阵列，特别是涉及一种基于传感器阵列的波达方向估计方法、装置、计算机设备、介质和产品。
技术介绍
1、波达方向（direction of arrival，doa）估计是阵列信号处理领域的一项关键技术，其核心目标在于精确测定源信号相对于接收阵列的方位，通过捕捉并分析目标发射的信号，系统能够利用doa估计技术准确获取目标相对于接收天线阵列或传感器阵列的方位角、俯仰角等关键方向信息，进而实现对目标的精确定位和跟踪。
2、然而，在doa估计的理论模型构建过程中，通常是假设阵列结构均匀或按照特定设计，并且阵元间距小于或等于半波长，而当阵列中的阵元间距较小时，阵元之间的电磁场会产生显著的相互影响，即互耦现象。互耦效应会改变阵列的实际响应特性，使其与理想情况下的响应存在显著差异，从而降低doa估计的准确性。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高doa估计准确性的基于传感器阵列的波达方向估计方法、装置、计算机设备、介质和产品。
2、第一方面，本申请提供了一种基于传感器阵列的波达方向估计方法，包括：
3、建立源信号与传感器阵列的信号模型，并根据信号模型确定信号子空间；
4、确定第一选择矩阵和第二选择矩阵；第一选择矩阵用于获取信号子空间中满足极化响应的旋转不变性要求条件的元素；第二选择矩阵用于获取信号子空间中满足空间不变性要求条件的元素；
5、通过第一选择矩阵对信号子空间进行子矩阵划分，根据划分得到
6、通过第二选择矩阵对信号子空间进行子矩阵划分，根据划分得到的第二子矩阵，获取模糊方向余弦；
7、通过参考方向余弦对模糊方向余弦进行相位补偿，得到目标方向余弦，根据目标方向余弦，确定源信号的二维达到方向；二维达到方向包括方位角和俯仰角；
8、其中，信号模型的表达式为：；其中，矩阵a用于表征传感器阵列的空间响应，矩阵b用于表征传感器阵列的极化响应，为t时刻源信号的信源矢量，为t时刻的时空高斯白噪声矢量；
9、其中，矩阵a的表达式为，为第k个源信号到达传感器阵列中第m个阵元时产生的空间响应矢量；矩阵b的表达式为：，为第k个源信号到达传感器阵列中第m个阵元时产生的极化响应矢量。
10、在其中一个实施例中，建立源信号与传感器阵列的信号模型的步骤，包括：
11、基于源信号达到传感器阵列中每一个电磁矢量传感器时产生的电响应矢量和磁响应矢量，获取传感器阵列的极化响应表达式；
12、根据极化响应表达式和传感器阵列中电磁矢量传感器的位置信息，获取传感器阵列的空间响应表达式；
13、根据极化响应表达式和空间响应表达式，获取信号模型。
14、在其中一个实施例中，根据信号模型获取信号子空间的步骤，包括：
15、获取信号模型的信号协方差矩阵；
16、对信号协方差矩阵进行特征分解，得到多个特征值和特征值对应的特征向量；
17、根据特征向量的组合，获取信号子空间。
18、在其中一个实施例中，根据划分得到的第一子矩阵，获取参考方向余弦的步骤，包括：
19、对划分得到的第一子矩阵进行组合，对组合后的矩阵进行特征分解，得到第一因子矩阵；
20、根据第一因子矩阵的对角元素，获取电场响应矢量和磁场响应矢量；
21、对电场响应矢量和磁场响应矢量进行归一化矢量叉乘处理，得到参考方向余弦。
22、在其中一个实施例中，根据划分得到的第二子矩阵，获取模糊方向余弦的步骤，包括：
23、获取第二子矩阵对应的第二因子矩阵；
24、分别对第二因子矩阵的对角元素取相位，得到源信号对应的参考相位；
25、获取信号模型的确定性矩阵；
26、将参考相位与确定性矩阵的伪逆的乘积，作为模糊方向余弦。
27、在其中一个实施例中，通过参考方向余弦对模糊方向余弦进行相位补偿，得到目标方向余弦的步骤，包括：
28、根据源信号的信号周期和参考方向余弦，对模糊方向余弦进行相位补偿，得到相位补偿值；
29、将相位补偿值与确定性矩阵的伪逆矩阵之间的乘积，作为目标方向余弦。
30、第二方面，本申请还提供了一种基于传感器阵列的波达方向估计装置，包括：
31、信号模型建立模块，用于建立源信号与传感器阵列的信号模型，并根据信号模型确定信号子空间；
32、选择矩阵确定模块，用于确定第一选择矩阵和第二选择矩阵；第一选择矩阵用于获取信号子空间中满足极化响应的旋转不变性要求条件的元素；第二选择矩阵用于获取信号子空间中满足空间不变性要求条件的元素；
33、参考方向获取模块，用于通过第一选择矩阵对信号子空间进行子矩阵划分，根据划分得到的第一子矩阵，获取参考方向余弦；
34、模糊方向获取模块，用于通过第二选择矩阵对信号子空间进行子矩阵划分，根据划分得到的第二子矩阵，获取模糊方向余弦；
35、达到方向获取模块，用于通过参考方向余弦对模糊方向余弦进行相位补偿，得到目标方向余弦，根据目标方向余弦，确定源信号的二维达到方向；二维达到方向包括方位角和俯仰角；
36、其中，信号模型的表达式为：；其中，矩阵a用于表征传感器阵列的空间响应，矩阵b用于表征传感器阵列的极化响应，为t时刻源信号的信源矢量，为t时刻的时空高斯白噪声矢量；
37、其中，矩阵a的表达式为，为第k个源信号到达传感器阵列中第m个阵元时产生的空间响应矢量；矩阵b的表达式为：，为第k个源信号到达传感器阵列中第m个阵元时产生的极化响应矢量。
38、第三方面，本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面中任意一项的方法步骤。
39、第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现第一方面中任意一项的方法步骤。
40、第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面中任意一项的方法步骤。
41、上述基于传感器阵列的波达方向估计方法、装置、计算机设备、介质和产品，通过建立源信号与传感器阵列的信号模型，根据信号模型确定信号子空间，通过选择矩阵分别获取号子空间中满足极化响应的旋转不变性要求条件和满足空间不变性要求条件的元素，根据对信号子空间划分得到的子矩阵，获取粗略的参考方向余弦和高精度的模糊方向余弦，通过参考方向余弦对模糊方向余弦进行相位补偿，得到高精度无模糊的目标方向余弦，最终得到准确的二维达到方向，能够适用于阵元数有限以及阵列空间有限的场景，在阵列几何不受约束的同时，减少互耦效应，并且能够充分利用阵列输出的空间响应和极化响应信息，实现高精度的二维达到方向估计。
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1.一种基于传感器阵列的波达方向估计方法，其特征在于，应用于按照非规则间距排列的多个电磁矢量传感器所组成的传感器阵列；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立源信号与所述传感器阵列的信号模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号模型获取信号子空间，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据划分得到的第一子矩阵，获取参考方向余弦，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据划分得到的第二子矩阵，获取模糊方向余弦，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过所述参考方向余弦对所述模糊方向余弦进行相位补偿，得到目标方向余弦，包括：
7.一种基于传感器阵列的波达方向估计装置，其特征在于，所述装置包括：
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于传感器阵列的波达方向估计方法，其特征在于，应用于按照非规则间距排列的多个电磁矢量传感器所组成的传感器阵列；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立源信号与所述传感器阵列的信号模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号模型获取信号子空间，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据划分得到的第一子矩阵，获取参考方向余弦，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据划分得到的第二子矩阵，获取模糊方向余弦，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：余梅，曾梦姣，文方青，刘昕，徐婉怡，李晨露，陈凌俊，陈大磊，兰正寅，杜仙，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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