[发明专利]基于互质面阵的二维波达方向快速估计方法

说明书

本发明属于阵列信号处理技术领域，尤其涉及基于互质面阵的二维波达方向快速估计方法。基于互质面阵的二维波达方向快速估计方法，包括以下步骤：根据互质面阵模型，分x轴和y轴构造阵列流型矩阵；所述互质面阵模型由两个均匀稀疏面阵组合而成；分别求解各子阵接收信号的协方差矩阵，并分x轴和y轴方向构造阵列的传播算子矩阵；在对阵列流型进行分块处理的基础上采用PM算法，分别求取各个子阵沿x轴和y轴方向的旋转因子矩阵；利用平面阵列的互质理论，消除角度模糊，求解阵列的方位角和俯仰角。本发明实现了互质面阵模型下俯仰角和方位角的低复杂、高精度、无模糊联合估计。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，尤其涉及基于互质面阵的二维波达方向快速估计方法。

背景技术

二维波达方向估计(direction-of-arrival，DOA)是获取目标信号位置信息的关键技术，其广泛应用于雷达，声呐，射电天文学等方面。基于阵列信号处理的二维波达方向估计技术是一种被动定位技术，能够在不发射测试信号和不需要求解发射信号先验信息的条件下获取目标信号的方位角和俯仰角。目前基于阵列的二维波达方向估计技术主要采用三种阵型，即：L型阵列，圆形阵列和平面方阵(简称为面阵)。基于L型阵列的波达方向估计技术，计算复杂度较低，无需进行参数配对，且可以产生渐近无偏估计的效果，但该方法对来波方向的变化较为敏感，鲁棒性差，同等条件下的角度估计精度没有平面阵高。采用均匀圆阵进行二维波达方向估计，该算法首先进行波束空间转换，将均匀圆阵转化为线阵模型，然后利用旋转不变参数估计技术(Estimation of Signal Parameters Via RotationalInvarianceTechniques，ESPRIT)进行二维波达方向估计，精度较高，且不存在估计“模糊”问题，但圆阵存在先天不足，即不能够进行二维相干信号的有效估计。

目前基于面阵的二维波达方向估计主要建立在均匀平面阵基础上，估计方法主要有多重信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法，二维Capon算法，二维ESPRIT算法和二维传播算子(Propagator Method，PM)方法。采用均匀面阵的二维估计算法，其中MUSIC方法估计精度较高，且属于无偏估计，但是计算复杂度高；二维Capon算法，二维ESPRIT算法在MUSIC算法的模型基础上牺牲少量精度来降低运算复杂度，但二维Capon算法角度分辨率较低，二维ESPRIT算法需要多次子空间分解，样本数较大时，计算复杂度依然较高，且精度无法保证。传统的非稀疏均匀阵列受限于天线尺寸，阵元之间互耦效应等因素的影响，估计精度和角度分辨率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述二维波达方向估计算法中存在的不足，提出了基于互质面阵的二维波达方向快速估计方法，实现了互质面阵模型下俯仰角和方位角的低复杂、高精度、无模糊联合估计。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于互质面阵的二维波达方向快速估计方法，包括以下步骤：

步骤1：根据互质面阵模型，分x轴和y轴构造阵列流型矩阵；所述互质面阵模型由两个二维均匀稀疏子阵组合而成；

步骤2：分别求解各子阵接收信号的协方差矩阵，并分x轴和y轴方向构造阵列的传播算子矩阵；

步骤3：在对阵列流型进行分块处理的基础上采用PM算法，分别求取各子阵沿x轴和y轴方向的旋转因子矩阵；

步骤4：利用平面阵列的互质理论，消除角度模糊，求解阵列的方位角和俯仰角。

优选地，所述两个二维均匀稀疏子阵分别为子阵1和子阵2，其中子阵1的阵元间距为Md，子阵2的阵元间距为Nd，M、N互为质数，d＝λ/2，λ为入射信号波长。

优选地，所述步骤1包括：

步骤1.1：构造各子阵的x轴阵列流型矩阵：