[发明专利]基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，涉及分布式雷达测角方法，可用于目标定位。

背景技术

波达方向估计是阵列信号处理中的一个重要研究领域，在雷达、无线通信、声纳等领域都得到了广泛的应用和研究。阵列的物理孔径是与阵列波达方向估计性能密切相关的重要参数，阵列的物理孔径越大，阵列的角分辨率和波达方向估计精度就越高。为了提高阵列的角分辨率和波达方向估计精度，就需要扩展阵列的物理孔径，最普遍的方法就是增加阵列的阵元数。然而，增加阵元数将导致系统硬件成本和测角算法的计算复杂度的增加，为了在不增加系统软硬件成本的基础上提高阵列波达方向估计性能，由多个分置的子阵构成的分布式阵列得到了广泛关注。依据空域采样定理，分布式阵列的合成方向图存在高栅瓣，进行波达方向估计时将导致测角模糊进而影响测角精度。

为了得到精确的角度估计值，解决分布式阵列带来的角度模糊问题，目前主要采用以下两类方法：

（1）基于相位干涉仪的波达方向估计：相位干涉仪解模糊主要通过不同的基线配置来实现，已有的方法包括：长短基线法，基于参差基线的相位差变化值法，阵列多组解模糊法，二次相位差解模糊法等。相位干涉仪具有测向精度高，结构简单，观测频带宽等优点，但是它的阵元利用率比较低，使得低信噪比条件下波达方向估计性能较差，而且对阵元的位置分布要求严格，需要满足特定条件，且仅适用于单目标定位，很大程度上限制了其在分布式阵列中的应用。

（2）基于双尺度ESPRIT的波达方向估计：Zoltowski在《Direction finding with sparse rectangular dual-size spatial invariance array》中给出了双尺度ESPRIT解模糊算法。即先利用子阵孔径得到无模糊精度较低的粗估计，再利用整个分布式阵列孔径得到有模糊但精度高的精估计，最后以粗估计作为参考值解精估计模糊得到无模糊精度高的波达方向估计。该方法可适用于多目标定位，定位精度较高，但是在低信噪比条件下波达方向估计性能下降明显，极大的限制了分布式阵列物理孔径的扩展程度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法，以扩大分布式阵列的适用范围，提高分布式阵列在低信噪比条件下的波达方向估计性能，进一步扩展阵列的物理孔径。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.技术思路:

通过分布式阵列子阵内的空域旋转不变性关系得到无模糊精度较低的粗估计，通过子阵间的空域旋转不变性关系分别得到精度高但有模糊的短基线精估计与长基线精估计，以粗估计作参考值解短基线精估计的模糊，用短基线精估计作为参考值解长基线精估计的模糊，从而得到高精度且无模糊的波达方向估计。

二.实现方案

本发明基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法，包括如下步骤：

1）以多基线结构布置子阵，形成多基线分布式阵列，提取阵列的接收数据x(t)；

2）利用N个快拍数估计出接收数据的协方差矩阵：并对接收数据的协方差矩阵进行特征值分解求得信号子空间E_S，其中，[·]^H表示共轭转置；

3）根据信号子空间E_S，对分布式阵列内的所有阵元，利用空域旋转不变信号参数估计算法求得一组初始的无模糊的顺序随机的多目标方向余弦粗估计值β^C及非奇异矩阵T_C，其中，β^C由组成，为第p个目标的方向余弦粗估计值，p＝1,2,...,Q，Q为目标个数；

4）根据信号子空间E_S，求得两组有模糊的顺序随机的多目标参数：

4a)对分布式阵列中基线长度最短的两个子阵的所有阵元，利用空域旋转不变信号参数估计算法求得一组有模糊的顺序随机的多目标方向余弦短基线精估计值β^Fs及非奇异矩阵T_Fs，其中，β^Fs由组成，为第p个目标的方向余弦短基线有模糊的精估计值；

4b)对分布式阵列中基线长度最长的两个子阵的所有阵元，利用空域旋转不变信号参数估计算法求得一组有模糊的顺序随机的多目标方向余弦长基线精估计值β^Fl及非奇异矩阵T_Fl，其中，β^Fl由组成，为第p个目标的方向余弦长基线有模糊的精估计值；