[发明专利]嵌套阵下基于DFT的DOA估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌套阵下基于离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术

随着阵列信号处理技术的发展，学者们提出了一种非均匀的嵌套阵结构，且证明了具有P个传感器的嵌套阵列的自由度可达到O(P²)。基于压缩感知的角度估计算法利用了嵌套阵列完整自由度，其角度估计性能较好但复杂度很高；而空间平滑方法,如基于空间平滑多重信号分类(Multiple Signal classification,MUSIC)和借助旋转不变性进行参数估计(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)两种方法只能用于均匀线性阵列，并且会显著地减少自由度。

发明内容

本发明提出了一种嵌套阵下基于DFT的DOA计方法，能够充分利用嵌套阵的完整自由度，且复杂度较低。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种嵌套阵下基于DFT的DOA估计方法，包括如下步骤：

(1)按照嵌套阵列阵元位置的计算公式，确定阵列流型；

(2)匹配滤波回波信号，在雷达的每个发射脉冲重复周期内，匹配滤波嵌套阵列所有接收阵元上的回波信号，得到匹配滤波后的接收信号矩阵x(t)；

(3)计算接收信号的协方差矩阵并得到连续的虚拟阵列接收数据y_v；

(4)对虚拟阵列接收数据y_v进行DFT运算后得到接收数据谱z，搜索接收数据谱z的K个峰值得到角度初始估计k＝1,2,…,K，K为信号源数目；

(5)计算旋转接收矢量z^ro，在较小区域内-π/N＜η＜π/N搜索旋转矢量z^ro的K个峰值以获得最佳相移η_k,k＝1,2,…,K，K为信号源数目；

(6)利用最佳相移η_k计算精细的DOA估计。

步骤(1)中所述嵌套阵列的阵元位置的计算公式如下：

L_s＝{md₁|m＝0,1,…,M₁-1}∪{M₁d₁+nd₂|n＝0,1,…,M₂-1},

其中M₁和M₂分别第一级线性子阵和第二级线性子阵的阵元数目；d₁＝λ/2和d₂＝(M₁+1)d₁为第一级和第二级子阵的阵元间距，λ为波长。

本发明的有益效果如下：

①对比嵌套阵下基于空间平滑的方法，本发明利用了嵌套阵列的完整自由度从而能够应用于更多的信源估计。

②对比嵌套阵下基于空间平滑ESPRIT(Spatial Smoothing ESPRIT,SS-ESPRIT)和空间平滑(Spatial Smoothing MUSIC,SS-MUSIC)两种方法，本发明具有更好的DOA估计性能。

③本发明复杂度较低。

附图说明

图1是本发明的数据结构图。

图2是不同快拍数下的各个方法复杂度对比图。

图3是不同信噪比下的各个方法RMSE性能的对比图。

图4是不同快拍数下的各个方法RMSE性能的对比图。

图5是不同阵元数下的各个方法RMSE性能的对比图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

二级嵌套阵由两个线性子阵构成，如图1所示。第一级线性子阵的阵元数为M₁，且阵元间隔为d₁＝λ/2；第二级线性子阵的阵元数为M₂，且阵元间隔为d₂＝(M₁+1)d₁，其中λ为波长。两个子阵列之间的间距为d₁，总阵元数为M＝M₁+M₂。该嵌套阵列的各个阵元位置为：