[发明专利]一种使用互质线阵进行低复杂度角度估计的方法

说明书

本发明公开了一种使用互质线阵进行低复杂度角度估计的方法，首先，对阵列接收信号的协方差矩阵进行向量化处理，删除冗余行并截取连续阵元部分，得到阵元间距为λ/2的虚拟均匀线阵的接收信号；然后，对虚拟接收信号进行离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)并找出K个最大峰值(K为信源数)的位置，由此可得波达方向的初始估计；最后，对经过相位旋转的虚拟接收信号进行DFT变换，在小范围内对旋转相位η进行搜索，分别找出使得K个峰值收缩至最大的旋转相位，并由此得到波达方向的精确估计。本发明将DFT变换与互质阵列的DOA估计问题相结合，不需要对虚拟接收信号进行解相关处理，能够获得相对较高的空间自由度，同时具有较低的计算复杂度和较高的估计精度。

技术领域

本发明涉及空间谱估计领域，特别是涉及一种使用互质线阵进行低复杂度角度估计的方法。

背景技术

当前，一种被称为互质阵的阵列天线布局得到了关注，该阵列结构突破了传统天线阵阵元间距半波长的限制，使得天线孔径得到极大的扩展，能够获得角度估计性能的提升。

使用互质线阵进行角度估计的方法有解模糊和虚拟化两类。其中，解模糊方法能够获得比均匀线阵更好的估计性能，但使用两个子阵分别进行角度估计的方法使得空间自由度大大降低。而虚拟化方法则能够获得比实际阵元数更高的空间自由度，极大地增加了可探测的信源数。由于虚拟化后等效的虚拟信号是单快拍的相干信号，基于虚拟化的角度估计算法通常需要使用空间平滑技术对接收信号进行解相关处理，这一过程降低了阵列的空间自由度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使用互质线阵进行角度估计的方法，该方法能够获得较大的空间自由度，同时具有较低的计算复杂度和较高的估计精度。可以应用于无线通信、声呐、定位等领域中。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：提出一种结合虚拟化和离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)的互质线阵角度估计方法，称为DFT算法，该方法具体为：

首先，对互质线阵接收信号的协方差矩阵进行向量化处理，然后将获得的向量按相位进行排序并删除冗余行，截取此时向量的中间2MN+2M-1行元素作为虚拟阵元接收信号。

然后，对虚拟接收信号进行DFT变换并找出K个最大峰值(K为信源数)的位置，获得波达方向初始估计。

最后，构造相位旋转矩阵，对经过相位旋转的虚拟接收信号进行DFT变换，在小范围内对旋转相位η进行搜索，分别找出使得K个峰值收缩至最大的旋转相位，得到波达方向的精确估计。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

①充分利用了阵列结构的互质特性，且避免了空间平滑过程，能够获得更高的自由度；

②具有计算复杂度较低的特点；

③该方法能够获得很好的角度估计性能，例如互质阵相较于嵌套阵，互质阵的阵元分布更为稀疏，阵元间的互耦效应较弱，因此在强互耦环境下具有更好的估计性能。

附图说明

图1是本发明所使用的互质线阵结构示意图；

图2是互质线阵虚拟阵列结构示意图；

图3是当10个信号入射到互质线阵时，利用DFT算法得到的角度估计散点图；

图4是DFT算法初始估计和精确估计的性能对比；

图5是不同快拍数下DFT算法性能随信噪比变化趋势的比较；

图6是不同信源数下DFT算法性能比较。

具体实施方式