[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

说明书

本发明涉及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，先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再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。本发明在保证精度的前提下避免了计算复杂的特征分解和频谱搜索等操作，计算复杂度低，方法简单有效；同时，本发明将适用范围从均匀线阵推广到了任意线性阵列，从非相干信源推广到了相干信源，应用范围更广。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及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。

背景技术

信源定位在雷达、声纳、无线通信等领域具有重要的应用，在实际应用中，由于信号的多径传播或军事上的智能干扰，往往会造成接收信号相干。同时，接收阵列的几何结构通常是由物理设施所决定，很难到达理想的均匀阵列。目前已经有很多用于解决相干信号源定位问题的方法，如基于子空间的估计方法和波束形成技术等。但是这些算法都无法直接用于非均匀阵列，并且还存在一些其他的缺陷和不足。以多重信号分类(MUSIC)为代表的基于子空间的算法使用了计算复杂的特征分解操作；而以Capon波束形成器为代表的波束形成技术估计精度有限且受信噪比(SNR)和快拍数影响很大，在低信噪比或小快拍数时算法性能急剧衰退。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种可用于非均匀线阵的基于内插变换和波束形成的远场相干信号DOA估计方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

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。

进一步地，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。

进一步地，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：