[发明专利]一种基于嵌套阵列的L型天线阵的二维波达方向估计方法

说明书

本发明公开的一种基于嵌套阵列的L型天线阵的二维波达方向估计方法，属于阵列信号处理领域。本发明实现方法如下：构建基于嵌套阵列的L型天线阵，利用构建的L型嵌套阵列的不同子阵接收信号计算互协方差矩阵；对得到的互协方差矩阵进行修正，对修正后的互协方差矩阵列向量化产生虚拟阵列，利用虚拟阵列构建多个等效协方差矩阵，利用不同等效协方差矩阵之间的旋转不变性计算信号方位角θ、俯仰角φ，即实现在低信噪比、少快拍情况下的多目标、高精度二维波达方向估计。本发明要解决的技术问题是在低信噪比、少快拍情况下利用较少阵元实现多目标、高精度二维波达方向估计，并利用二维波达方向估计结果解决相关工程技术问题。

技术领域

本发明涉及一种基于嵌套阵列的L型天线阵的二维波达方向估计方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术

无线电测向技术是根据电磁场的传播特性，通过一定的检测仪器获得无线电来波方向。波达方向估计是基于阵列信号处理方法，将多个传感器设置在空间按一定方式组成传感器阵列，并利用阵列接收信号的空域特性，增强信号及有效提取信号空域信息实现无线电测向，目前广泛应用于雷达、声呐、无线通信等多种军事和民用领域。

近年来，不同阵列结构的二维波达方向估计(Direction Of Arrival，DOA)受到广泛关注，如双平行阵、圆阵、矩形阵、L型阵等，与其他阵列相比，L型阵列具有更好的估计性能。L型均匀阵列受限于阵元个数，难以获得较大的角度自由度，被估计的信源个数受到天线阵元数的限制。均匀阵列的角度分辨率与阵列孔径成反比，在阵元数有限时难以获得较高的DOA估计精度。

不同于均匀阵列，稀疏阵以有限的阵元产生更大的有效角度自由度而被广泛关注。与阵元数相同的均匀阵相比，稀疏阵具有更大孔径，使得天线主瓣更窄，目标分辨率更高，如最小冗余阵列、互质阵、嵌套阵等。嵌套阵利用M个天线阵元获得O(M²)的角度自由度，通过产生虚拟阵元，扩大阵列天线的有效孔径，获得较好的波达方向估计效果。

波达方向估计常用的具有较高分辨率的子空间分解类算法，如多重信号分类算法(MUSIC)和旋转不变子空间算法(ESPRIT)，均需要对信号的协方差矩阵进行特征值分解，根据特征值的大小划分信号子空间和噪声子空间，估计精度受信噪比影响较大，在低信噪比环境下估计精度较差。实际过程中，信号协方差矩阵是由采样协方差矩阵代替，当快拍数较少时，容易发生子空间泄露，影响波达方向估计。因而传统波达方向估计方法在低信噪比、少快拍情况下的估计精度较差。

发明内容

本发明公开的一种基于嵌套阵列的L型天线阵的二维波达方向估计方法，要解决的技术问题是在低信噪比、少快拍情况下利用有限阵元实现多目标、高精度二维波达方向估计。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明公开的一种基于嵌套阵列的L型天线阵的二维波达方向估计方法，构建基于嵌套阵列的L型天线阵，利用构建的L型嵌套阵列的不同子阵接收信号计算互协方差矩阵。对得到的互协方差矩阵进行修正，对修正后的互协方差矩阵列向量化产生虚拟阵列，利用虚拟阵列构建多个等效协方差矩阵，利用不同等效协方差矩阵之间的旋转不变性计算信号方位角θ、俯仰角φ，即实现在低信噪比、少快拍情况下的多目标、高精度二维波达方向估计。

本发明公开的一种基于嵌套阵列的L型天线阵的二维波达方向估计方法，包括如下步骤：

步骤一：构建基于嵌套阵列的L型天线阵。