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专利号: 2018113134040
申请人: 江西师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于延迟快拍的均匀线列阵高分辨波达方向估计方法,其特征在于,其步骤如下:

1)获取并存储阵列快拍:

首先,对所有阵元的接收信号进行采样,获取T0时刻的阵列快拍数据,即:{x(1,T0),x(2,T0),...,x(N,T0)};

其中:括号中的第一个数字表示阵元序号,N表示所有阵元的个数;括号中的第二个符号表示采样时刻;x(N,T0)表示第N个阵元在T0时刻的信号采样值;

然后,将T0时刻的阵列快拍数据保存在存储器中;

其次,获取并存储在T0+Ts时刻的阵列快拍数据,即:{x(1,T0+Ts),x(2,T0+Ts),...,x(N,T0+Ts)};

其中:Ts表示采样周期,其大小等于采样频率fs的倒数,即Ts=1/fs;采用类似的方式,获取并存储在T0+iTs时刻的阵列快拍数据,其中i=2,3,…K,其中,K表示最大的阵列快拍次数;

2)构造延迟快拍:

首先,利用存储器中保存的各个时刻的阵列快拍数据,构造T0时刻的延迟快拍数据,即:{x(1,T0),x(2,T0+αTs),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts)};

其中,α表示延迟快拍因子,延迟快拍因子应取整数,其具体大小根据实际应用情况确定;

将T0时刻的延迟快拍数据作为数据矩阵A的第一列,即:T

A(:,1)=[x(1,T0),x(2,T0+αTs),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts)];

T

其中,符号A(:,1)表示数据矩阵A的第一列,符号[·]表示转置操作;

然后,构造T0+Ts时刻的延迟快拍数据,即:{x(1,T0+Ts),x(2,T0+αTs+Ts),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts+Ts)};

并将T0+Ts时刻的延迟快拍数据作为数据矩阵A的第二列,即:T

A(:,2)=[x(1,T0+Ts),x(2,T0+αTs+Ts),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts+Ts)];

其中,符号A(:,2)表示数据矩阵A的第二列;以此类推,将T0+iTs时刻的延迟快拍数据作为数据矩阵A的第i列,即:T

A(:,i)=[x(1,T0+iTs),x(2,T0+αTs+iTs),...,x(N,T0+α(N‑1)Ts+iTs)];

其中,符号A(:,i)表示数据矩阵A的第i列;这里,i=2,3,…,M,其中,M既是最大的延迟快拍个数,也是数据矩阵A的列的个数,其具体大小由实际需要的延迟快拍数决定;

3)计算信号协方差矩阵:

根据数据矩阵A计算信号协方差矩阵R,即:

4)对信号协方差矩阵进行特征分解:

对信号协方差矩阵R进行特征分解,即:T

R=QΛQ;

其中,矩阵Q=[q1,q2,...,qN],列向量qi表示信号协方差矩阵R的第i个特征向量;矩阵Λ=diag(λ1,λ2,...,λN),符号diag(·)表示矩阵Λ为对角矩阵,矩阵Λ的对角元素分别为λ1,λ2,...,λN,数值λi表示信号协方差矩阵R的第i个特征值;矩阵Λ的对角元素按照从大到小排列,即λ1≥λ2≥...≥λN;

5)构造噪声子空间:

由信号协方差矩阵R的特征向量qL+1,qL+2,...,qN,构造噪声子空间Rn,其中,L表示信源个数,其具体大小根据实际应用情况确定;噪声子空间Rn的具体构造如下:Rn=[qL+1,qL+2,...,qN];

6)计算空间功率谱:

根据噪声子空间Rn和阵列导向向量a(θ)计算空间功率谱P(θ),即:H

其中,符号[·]表示共轭转置操作;均匀线列阵对应的导向向量如下:j(2π/λ)dsinθ j(2π/λ)(N‑1)dsinθTa(θ)=[1,e ,...,e ];

其中,符号d表示阵元间距,单位为:米;符号λ表示信号的波长,单位为:米;符号θ表示信号的波达方向,单位为:度;

7)搜索谱峰,确定映射波达方向:

在波达方向范围[‑90°,90°]内,观察空间功率谱P(θ)的大小,搜索空间功率谱P(θ)的L个谱峰,将所有L个谱峰对应的角度作为信号的映射波达方向,并记为

8)计算信号的估计波达方向:

根据信号的映射波达方向 计算信号的实际波达方向,即:m

θi=arcsin(sin(θi)‑αTsc/d),i=1,2,...,L;

其中,θ1,θ2,...,θL为信号的L个实际波达方向,arcsin(·)表示反正弦函数,c表示信号在介质中的传播速度,单位为:米/秒。

2.根据权利要求1所述的基于延迟快拍的均匀线列阵高分辨波达方向估计方法,其特2

征在于,所述存储器的存储空间大于或等于N×D字节,其中:D表示存储单个采样数据所需的字节数,D的具体大小根据实际应用情况确定。

3.根据权利要求1所述的基于延迟快拍的均匀线列阵高分辨波达方向估计方法,其特征在于,所述采样频率的大小由实际目标源信号的频率决定。