[发明专利]一种部分稀疏L阵及其二维DOA估计方法

说明书

技术领域

本发明属于无线移动通信技术领域，特别是涉及一种利用线阵构造的部分稀疏L阵列及其二维波达方向(DOA)估计方法。

背景技术

空分多址技术是继时分复用、频分复用和码分复用之后又一个可提高网络容量的关键技术，空分多址的关键在于精确地测量信号源方位和形成高定向波束，因此，以DOA估计和数字波束形成为核心的阵列信号处理技术越来越得到广大研究者的研究和关注。

现有的DOA估计算法大多是基于传统满阵，即阵列中相邻阵元间距不大于入射信号半波长的天线阵列。但满阵由于阵元间距的限制，要增加阵列孔径，提升测向精度和分辨率就必须增加阵元数，造成系统过于复杂和系统成本增加。鉴于传统满阵存在的上述问题，人们提出了稀疏阵，即阵元间距大于半波长的均匀或非均匀阵列系统。和常规满阵相比，阵元数相同时它拥有更大的阵列孔径，减小了阵元间的互耦，改善了测向精度、测向分辨率和最大可处理信源数等性能；此外，阵列孔径相同时稀疏阵所需阵元数更少，这就意味着更小规模的接收系统和信号处理系统等，极大地降低了设备成本。

目前基于稀疏阵列的DOA估计主要分为两大类：一类是基于稀疏线阵的一维DOA估计；另一类是基于由几个稀疏线阵组成的简化面阵的二维DOA估计。其中，基于简化面阵的二维DOA估计中，L阵由于有更大的有效孔径、更小的运算量、更易实现、更强的方法适用性等优点得到了广泛的关注和应用。但现有的L阵大多是由常规ULA(均匀线阵)构成，利用稀疏线阵构成的L阵还比较少，已有的基于稀疏线阵的L阵的表达式不够简洁，且在计算二维DOA时，要么需要配对算法，要么就是需要谱峰搜索等，不能充分利用稀疏阵列的优势。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种构造简单，基于线阵的部分稀疏L阵及其能获得较好性能且计算简单的DOA估计方法。

本发明的一种部分稀疏的L阵列，包括阵元数相同的线性第一子阵、第二子阵构成L字形的阵列，第一子阵和第二子阵的交点定义为参考阵元，其特征在于，所述第一子阵的阵元间距等于半倍波长，第二子阵的阵元间距等于n倍波长，其中整数n的取值范围为1～10；并在第二子阵上设置一个辅助阵元，所述辅助阵元距离参考阵元的距离为半倍波长。其中L阵列的第一子阵、第二子阵可分别放置于x轴和z轴，x轴对应方位角，z轴对应俯仰角；或者将L阵列的第一子阵、第二子阵分别放置于z轴和x轴，x轴对应方位角，z轴对应俯仰角。

同时，本发明还公开了一种用于所述的L阵列的二维波大方向的估计方法，包括下列步骤：

步骤1：将L阵列的第一子阵、第二子阵分别放置于x轴和z轴；

步骤2：L阵列接收K个不相关信源的入射信号，得到x轴、z轴各阵元的接收数据，其中K小于第一子阵的陈元数M；

步骤3：计算各入射信号的估计俯仰角；

步骤301：计算接收数据z′(t)和x′(t)在N(N的取值为大于等于10的整数)次采样下的互相关矩阵R_z′x′，并从R_z′x′中任意提取K列构造信号子空间U_z，其中接收数据x′(t)为x轴上除参考阵元外的所有陈元的接收数据，接收数据z′(t)为z轴上除辅助阵元外的所有阵元的接收数据；

将信号子空间U_z划分为上下两个(M-1)*K维的信号子空间U_z1和U_z2，基于U_z1和U_z2求取旋转矩阵Ω_z，令矩阵矩阵T_z为K×K的非奇异矩阵；

对矩阵F_z进行特征值分解，得到相应的K个特征值其中k＝1,2,…,K；

步骤302：计算每个入射信号的两个备选估计俯仰角：

根据计算K个第一备选估计俯仰角其中d_z＝nλ，λ表示信号波长，符号angle(·)表示取相位角；

根据公式计算估计空间相位差若则第二备选估计俯仰角否则

步骤4：对每个入射信号的备选估计俯仰角去模糊角处理，得到估计俯仰角

步骤401：计算接收数据z(t)在N次采样下的自相关矩阵R_zz，其中接收数据z(t)为z轴上所有阵元的接收数据；