[发明专利]一种直线阵协方差矩阵主对角线重构的测角方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阵列信号处理方法。

背景技术

对目标进行测角为阵列信号处理领域中的热点问题(Van Trees H L.Optimum array processing:part 4of detection,estimation,and modulation theory.Hoboken:John Wiley&Sons Inc.,2002.)。当接收阵元上的信噪比较低时，已有的测角方法，如常规波束形成(CBF:Conventional Beamforming)，难以获得较好的测角结果。为了克服CBF在低信噪比下的缺点，Wilson等人提出了傅里叶积分法(FIM:Fourier Integral Method)，在低信噪比下可以获得更优的测角结果(Nuttall A H,Wilson J H.Estimation of the acoustic field directionality by use of planar and volumetric arrays via the Fourier series method and the Fourier integral method.The Journal of the Acoustical Society of America,1991,90(4):2004-2019.王忠,蒋晗中,陈伏虎.逆波束形成的旁瓣抑制.应用声学,2009,28(5):372-377.)。但是，FIM的阵增益比CBF仅高出3dB，因此在更低的信噪比下，阵列测角结果仍然不够理想。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种直线阵协方差矩阵主对角线重构的测角方法，能够在低信噪比下获得较优的测角结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)将N元均匀直线阵ULA按照3个阵元一组划分为N-2组，每组由3个相邻的阵元组成，即第n-1、n和n+1个阵元，相邻的两组有2个阵元重合；采集目标信号数据后，获得N×N维协方差矩阵；遍历各组，每组中间阵元的自谱为R_n,n，相邻阵元与中间阵元的互谱分别为R_n-1,n、R_n,n-1、R_n,n+1、R_n+1,n；取中间量利用估计中间阵元新的自谱共获得N-2个估计的自谱；

所述中间阵元新的自谱通过以下三种方式中的任意一种估计得到：

(a)其中k＝1,2,3,4；

(b)其中表示的集合，表示从4个值中取M个值，2≤M≤4，表示对M个值求和；

(c)表示对M个值求乘积，()^1/M表示求M次方根；

(2)利用N-2个估计的自谱替代步骤(1)所述N×N维协方差矩阵的主对角线上第2到第N-1个自谱，同时用第2个估计的自谱代替步骤(1)所述N×N维协方差矩阵的主对角线上的第1个自谱，用第N-1个估计的自谱代替步骤(1)所述N×N维协方差矩阵的主对角线上的第N个自谱，获得新的N×N维协方差矩阵；

(3)根据N元ULA设计N×1维波束扫描向量；利用该波束扫描向量和新的N×N维协方差矩阵进行测角。

本发明的有益效果是：在低信噪比下，本发明所提出的协方差矩阵主对角线重构法比已有方法具有更好的噪声抑制能力，获得更好的测角结果。

附图说明

图1是N元ULA以3个阵元一组划分为N-2组的示意图；

图2是本发明中主要步骤的流程图；

图3是本发明中重构主对角线获得新的N×N维协方差矩阵的流程图(以式(19)为例，且取k＝1)；

图4是传统CBF法、传统FIM法和本发明所提方法的测角结果，其中，(a)是利用式(19)且取k＝1，(b)是利用式(20)且取M＝4，(c)是利用式(21)且取M＝4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明对一条直线阵上的所有阵元进行分组，每组中由三个相邻的阵元组成，相邻的组之间有两个阵元重合。每组3个阵元采样数据的自谱中噪声成分较高，而互谱中噪声成分较低。利用噪声成分较低的互谱来估计中间阵元上的新自谱，用估计的新自谱来替代主对角线上原来的自谱，获得主对角线重构后的协方差矩阵。最后，利用重构后的协方差矩阵进行测角。

本发明的主要内容有：