[发明专利]基于内插变换和波束形成的远场相干信号DOA估计方法

权利要求书

1.一种基于内插变换和波束形成的远场相干信号DOA估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：使用内插矩阵将非均匀线阵协方差矩阵转化为虚拟阵列的协方差矩阵将虚拟阵列的协方差矩阵上的数据进行噪声预白化得到

步骤二：对进行空间平滑处理来解相干，获得解相干后的数据协方差矩阵

步骤三：构建代价函数对解相干后的数据协方差矩阵进行处理，得到远场相干信号DOA的估计值

其中，远场相干信号为入射到非均匀线阵上的p个相干窄带信号非均匀线阵包含M个全向传感器阵元，M的取值范围为M≥1.5p，DOA的估计值为远场相干信号的方位信息，其中表示第i个远场相干信号的波达方向角，所述波达方向角为第i个远场相干信号相对于y轴的逆时针夹角；步骤三中构造代价函数具体包括以下步骤：

301、设定修正Capon波束形成器的代价函数f_MCB(θ)为：

其中m表示修正系数；

302、根据式(13)构造多项式其中λ表示远场相干信号波长，j表示单位虚数，d表示虚拟阵列的阵元间隔，j²＝-1，通过求多项式的p个零相位点来估计远场信号的波达方向角。

2.根据权利要求1所述的一种基于内插变换和波束形成的远场相干信号DOA估计方法，其特征在于，步骤一具体包括：

101、根据非均匀线阵接收的数据求得阵列协方差矩阵R的估计值

其中，N表示采样数，y(n)表示阵列输出信号，(·)^H表示共轭转置；

102、使用内插变换得到虚拟阵列的协方差矩阵

其中，表示内插矩阵；

103、将阵列协方差矩阵的估计值划分为如下形式：

104、计算噪声方差估计值

其中tr{·}表示求矩阵的迹，表示广义逆；

105、噪声预白化后的虚拟阵列协方差矩阵I_M表示M×M的单位矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于内插变换和波束形成的远场相干信号DOA估计方法，其特征在于，最优内插矩阵的计算方法为：

1021)将空间区域划分为K个子区间，在每个子区间上以Δθ为间隔定义一组角集：

1022)分别计算每组角集上真实阵列响应矩阵：

1023)设计虚拟阵列结构为均匀线性阵列，并计算其在每组角集上的响应矩阵：

1024)在每个子区间上，使用最小二乘法计算内插矩阵使其满足：

由此得到每一个子区间上的内插矩阵使用内插矩阵进行统一表示。

4.根据权利要求1所述的一种基于内插变换和波束形成的远场相干信号DOA估计方法，其特征在于，步骤二具体包括：

201)将虚拟阵列分别划分为L个部分重叠的前向子阵列和L个部分重叠的后向子阵列，每个子阵列有M₀个阵元，计算第l个前向子阵列的协方差矩阵和后向子阵列的协方差矩阵

其中(·)^*表示共轭，表示M₀×M₀的单位矩阵，A₁表示虚拟阵列方向矩阵的前M₀行，D定义为对角矩阵：

利用虚拟阵列协方差矩阵的元素求出上述前向子阵列协方差矩阵的估计值和后项子阵列协方差矩阵的估计值

202)计算前向空间平滑协方差矩阵和后向空间平滑协方差矩阵

203)计算解相干后的数据协方差矩阵：

5.根据权利要求1所述的一种基于内插变换和波束形成的远场相干信号DOA估计方法，其特征在于，m取值为大于1的整数。