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专利号: 2020108815824
申请人: 陕西理工大学
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:2025-03-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进的二维互质阵列DOA估计方法,其特征在于:

一种改进的二维互质阵列DOA估计方法,利用设计的新型互质阵列作为接收阵列接收来自K个不同方向的窄带、非高斯的平稳远场入射信号,目标信号的二维到达角可表示为其中θk∈[0,π]表示第k个来波信号的俯仰角, 表示第k个来波信号的方位角;

一种改进的二维互质阵列DOA估计方法,步骤如下:

步骤一、布置改进的L型压缩互质阵列;

改进的L型压缩互质阵列由结构完全相同的x轴和z轴子阵构成,下面以x轴子阵为例来说明,x轴子阵由两个子阵构成,其中子阵1是阵元间距为d的M个阵元构成的均匀阵列,子阵

2是由N个阵元构成的一个非均匀阵列,子阵2最后两个阵元的间距为Md,其它阵元的间距为Md+λ/2,两个子阵之间存在(M+1)d的位移,x轴坐标上的阵元位置可用集合Dx表示为:{0,d,…,(M‑1)d,2Md,3Md+λ/2,…,2Md+(Md+λ/2)(N‑3),3Md+(Md+λ/2)(N‑3)};

步骤二、利用L型互质阵列接收信号计算x轴和z轴子阵数据协方差矩阵RX和RZ;

x轴上的M+N‑1个阵元接收的信号的T次采样数据为X,可以得到x轴子阵数据协方差矩阵 z轴上的M+N‑1个阵元接收的信号的T次采样数据为Z,可以得到z轴子阵数据协方差矩阵步骤三、对x轴和z轴子阵数据协方差矩阵RX和RZ分别进行矢量化和去冗余处理得到无冗余数据 和首先矢量化协方差矩阵RX得到一个列矢量rx=vec(RX),vec(·)表示将矩阵中的元素按行排成一个列矢量;Dx两两作差得到的结果相同,协方差矩阵中存在冗余元素,记阵元位置为u的虚拟阵元对应元素为ru,冗余度为p(ru),虚拟阵元接收数据可由所有冗余元素相加再平均得到,即 p为位置为u的重复冗余元素的个数,rui表示位置为u的阵元对应的第i个元素,则虚拟接收信号可由得到的结果按阵元位置进行重新排序得到,最终得到一个无冗余且有序的接收数据,记作 阵元位置为{0,d,2d,6d,10d,14d,17d},得到的虚拟阵元个数为35个,其阵元位置坐标可记为:U={‑17,‑35+1,...,‑1,0,1,...,17‑1,17};

按照同样的方法,矢量化协方差矩阵rz=vec(Rz),再对rz中元素进行上述冗余处理,则虚拟接收信号可由得到的结果按阵元位置进行重新排序得到,最终得到一个无冗余且有序的接收数据,记作步骤四、分别利用接收数据 和 构造Toeplize矩阵Tx和Tz;

首先利用接收数据 构造一个Toeplize矩阵:

其中 表示 中对应阵元位置为p的元素,p∈U表示虚拟阵元位置坐标;

利用接收数据 构造一个Toeplize矩阵:

其中 表示 中对应阵元位置为p的元素,p∈U表示虚拟阵元位置坐标;

步骤五、俯仰角的估计 以及特征矢量矩阵T1;

对Tz进行特征值分解,得到信号子空间US,并取US的前m‑1行元素构成信号子空间US1,取US的后m‑1行元素构成信号子空间US2,由US1和US2计算得到 对Ψz进行特征值分解,得到的特征值对应于Φz矩阵对角线上元素的值,特征值矢量构成的特征矢量矩阵T1,利用Φz矩阵对角线上的元素即可求解各个目标信号的俯仰角的估计值 其中diag[·]表示以括号中元素为对角元素的对角矩阵,Φz的第k个对角元素记为γzk,则入射角度的估计值 可表示为:λ表示入射信号的波长;

步骤六、方位角的估计 以及特征矢量矩阵T2;

对Tx进行特征值分解,得到信号子空间UxS,并取UxS的前m‑1行元素构成信号子空间UxS1,取UxS的后m‑1行元素构成信号子空间UxS2;由UxS1和UxS2计算得到 对Ψx进行特征值分解,得到的特征值对应于Φx矩阵对角线上元素的值,特征值矢量构成的特征矢量矩阵T2;利用Φx矩阵对角线上的元素即可求解各个目标信号的方位角的估计值 其中第k个对角线元素记为γxk,则方位角的估计值 可表示为

步骤七、俯仰角的估计值 和方位角的估计值 进行配对运算;

利用步骤五和六中的两个矩阵特征矢量矩阵T1和T2,T1由Ψz特征分解的特征向量组成,T2由Ψx特征分解的特征向量组成,由其计算得到一个矩阵 找出矩阵G每一行里绝对值最大的那一个元素,利用其对应的坐标来对Φz和Φx中元素的顺序进行调整,形成一一匹配;

前述步骤中,K表示信号源数目,k=1,2,...,K表示信号源的标号,i=1,2,...P表示重复阵元个数,T表示采样次数。