專利名稱：一種基于均勻圓陣列的波達方向估計方法
技術領域：
本發明涉及一種波達方向(Direction of Arrival,簡稱D0A)估計方法,具體涉及基于均勻圓陣列(Uniform CircularArray,簡稱UCA)的獨立信號和相干信號的波達方向估計方法。
背景技術：
在實際信號環境當中，獨立信號與相干信號往往是同時存在的，大多DOA估計算法主要是針對獨立信號或者相干信號單獨設計的，沒有考慮獨立信號和相干信號同時存在的情況，更沒有充分利用獨立信號和相干信號的特點來進行DOA估計。在文獻Ye Z F， Zhang Y F，Liu C. Direction—of—arrival estimation for uncorrelated and coherent signals with fewer sensors[J]. IEEE Trans, on Microwaves, Antennas&Propagation, 2009,3(3) :473-482中，考慮了獨立信號和相干信號的DOA估計問題，但其只適用于均勻線陣列(Uniform LinearArray,簡稱 ULA)的 DOA 估計情況。UCA陣列分布在一個平面上，它可以同時提供方位角和俯仰角信息，并且其提供的方位角信息是360°無模糊的。但是由于UCA陣列導向矢量不具有范德蒙德結構，很多基于 ULA陣列的測向算法不能用于UCA陣列，尤其是在相干信號存在的情況下。為了讓基于ULA 陣列的測向算法適用于UCA陣列乃至任意陣列，廣大學者提出了很多方法，將非ULA陣列虛擬變換為ULA陣列。其中比較經典的幾種方法有針對UCA陣列的模式空間變換，針對任意陣列的內插變換技術和流行分離技術。利用前述的陣列虛擬變換技術可以將任意陣列虛擬為ULA陣列，進而利用基于ULA陣列的DOA估計算法求出相應的波達方向。但是經過虛擬變換過后的陣列往往存在不同程度的陣列孔徑損失，使得估計性能有所降低；而且噪聲經過虛擬變換后可能會被非線性地放大，這將使得估計性能進一步的惡化，尤其是在信噪比較小的情況。
發明內容
本發明的目的在于提出一種估計過程簡單，計算量小的基于均勻圓陣列的波達方向估計方法。本發明的目的是這樣實現的本發明的基于均勻圓陣列的波達方向估計方法，包括如下步驟(I)波達方向估計參數預處理a.根據陣列輸出數據矩陣X :X = AS+Z，求均勻圓陣列的接收數據協方差矩陣R
權利要求
1.一種基于均勻圓陣列的波達方向估計方法，其特征在于，包括如下步驟(1)波達方向估計參數預處理a.根據陣列輸出數據矩陣X:X = AS+Z，求均勻圓陣列的接收數據協方差矩陣R :R = E [XXH] = ARsAh+σ 2I ；其中，A表示均勻圓陣列的MXN維陣列流型矩陣，M表示陣元個數，N表示信號個數，N中獨立信號和相干信號個數分別為Ni和NyNjfnk，D為相干信源組數，nk為第k組相干k=l信源的信號個數，S表示NXL維信號數據矩陣，L表示快拍數，Z表示MXL維高斯白噪聲數據矩陣，Xh表示X的共軛轉置，Rs為信號數據協方差矩陣，σ 2為高斯白噪聲的功率，I為與 R相同維數的單位陣；b.利用模式空間變換矩陣T對均勻圓陣列的接收數據R進行變換，得到模式空間中均勻線陣列的接收數據協方差矩陣R1 =TRTh =A1RsAf+σ2ΤΤΗ；其中，1為21(+1維對角陣，J。對角線位置上的元素為Kk，k)= j(k i K)B(；k—卜κ) (-β)， Bm) ( ·)為k-1-K階的第一類Bessel函數，k = 1，…，2K+1 ；F為離散傅里葉變換矩陣，F= [w_K w_K+1---wK], wq = [I e_JP …eLHp = ^^·，q =-K,…，K !A1 為虛擬均勻線陣的(2K+1) XN 維流型矩陣，A1 = La1 a2 …aN],E1=IyiaV",&ΚΘ']Τ，i = I,…，N;(2)去除模式空間噪聲求不含噪聲成分的數據協方差矩陣R2 =R2=RrfT2TT11=A1RsAf ;噪聲功率σ 2通過對R 進行特征值分解，并對其M-(Ni+D)個小特征值求平均得到；(3)提高陣列孔徑，對獨立信號進行波達方向估計用多重信號分譜峰搜索方法進行波達方向估計，搜索出隊+D個大特征值對應的譜峰， 其對應的估計角度包含了 Ni個獨立信號對應的波達方向角度和D組相干信號對應的波達方向角度，選擇幅值最大的Ni個譜峰幅值對應的波達方向角度作為獨立信號的波達方向估計結果；(4)消除獨立信號，對相干信號進行波達方向估計相干信號的數據協方差矩陣R3 =R3=R2-JR^=Alc(Rsc-RL)Afc，其中，J為與R2同維數的反對角單位矩陣，Alc;表示由相干信號的導向矢量組成的流型矩陣，Rs。表示相干信號的信號協方差矩陣，RL表示Rs。的轉置，利用前后向矢量重構算法進行解相干，得到沒有秩虧損的相干信號數據矩陣，并利用總體最小二乘-旋轉不變子空間算法求解相干信號的波達方向。
全文摘要
本發明涉及一種波達方向估計方法，具體涉及基于均勻圓陣列的獨立信號和相干信號的波達方向估計方法。本發明的基于均勻圓陣列的波達方向估計方法，包括波達方向估計參數預處理；去除模式空間噪聲；提高陣列孔徑，對獨立信號進行波達方向估計；消除獨立信號，對相干信號進行波達方向估計。本發明具有更高的估計精度，陣列孔徑得到了更加充分的利用，彌補由于虛擬陣列變換帶來的陣列孔徑損失，估計性能得到進一步地提升，計算簡便，運算量小。
文檔編號G01S3/12GK102608565SQ20121007829
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者刁鳴, 安春蓮 申請人:哈爾濱工程大學