[发明专利]一种平面阵列DOA估计方法及设备

说明书

本发明公开了一种平面阵列DOA估计方法及设备。所述平面阵列DOA估计方法包括：步骤1：使用平面阵列接收来自至少一个信源的信号，所述平面阵列包括至少一个平行互质阵列，所述平行互质阵列包括相互平行的互质线性子阵列对；步骤2：基于所述互质线性子阵列对的实际接收信号，计算所述互质线性子阵列对的两个线性子阵列各自的实际接收信号的自协方差矩阵、以及两个线性子阵列的实际接收信号之间的互协方差矩阵；步骤3：基于所述自协方差矩阵和互协方差矩阵估计所述至少一个信源的DOA的数值。解决了二维空间谱搜索及角度配对等导致算法复杂度高的问题，能够以较低的复杂度实现高精度的波达方向估计，适于实时性要求高的场合。

技术领域

本发明涉及通信信号处理领域，尤其涉及一种平面阵列DOA估计方法及设备。

背景技术

波达方向(DOA)估计是雷达、声呐及无线通信等诸多领域的重要研究内容。利用多天线构成阵列可用来估计信号的来波方向。然而，传统的天线阵列通常受到相邻阵元间隔不大于半波长的制约，导致天线数一定时，阵列孔径受到限制。目前，一种称为互质阵列的天线阵列结构突破了半波长的限制而受到了广泛关注，可以有效提升角度的估计性能。但是目前的研究大多集中于一维线性阵列，无法满足二维DOA估计的需要。

另外，在传统二维DOA估计研究中，估计性能受到阵列孔径的限制，在尺寸受限时布设大孔径阵列天线非常困难，导致估计性能不好。同时二维空间谱的完全搜索和二维角度配对将导致计算复杂度过高，因此，难以应用至实时性要求高的场合。

因此，至少需要提出新的技术方案来对现有技术方案的不足之处进行改进。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的平面阵列DOA估计方法，包括：

步骤1：使用平面阵列接收来自至少一个信源的信号，所述平面阵列包括至少一个平行互质阵列，所述平行互质阵列包括相互平行的互质线性子阵列对；

步骤2：基于所述互质线性子阵列对的实际接收信号，计算所述互质线性子阵列对的两个线性子阵列各自的实际接收信号的自协方差矩阵、以及两个线性子阵列的实际接收信号之间的互协方差矩阵；

步骤3：基于所述自协方差矩阵和互协方差矩阵估计所述至少一个信源的DOA的数值。

根据本发明的平面阵列DOA估计方法，所述相互平行的互质线性子阵列对包括：

第一线性子阵列和第二线性子阵列，所述第一线性子阵列包含M₁个阵元，所述M₁个阵元沿y轴方向以M₂λ/2为间隔进行布置，所述第二线性子阵列包含M₂个阵元，所述M₂个阵元沿y轴方向以M₁λ/2为间隔进行布置，所述第一线性子阵列的第一个阵元和所述第二线性子阵列的第一个阵元沿x轴方向对齐且间隔小于或等于λ/2，其中，M₁和M₂是互质的正整数，λ为信号波长。

根据本发明的平面阵列DOA估计方法，所述步骤2包括：

步骤2-1：获取所述互质线性子阵列对的实际接收信号x₁(t)和x₂(t)，其中，