[发明专利]一种用于波达方向估计的双边稀疏嵌套阵设计方法

说明书

本发明公开了一种用于波达方向估计的双边稀疏嵌套阵设计方法，该方法在现有的嵌套类结构基础上，通过实施双侧子阵的稀疏化布局，保证其差分虚拟阵的无孔性，进而获得自由度的提升，其实现步骤是：计算阵元间距基本单元，确定中间均匀线列子阵的阵元间距、阵元数和阵元间隔参数，根据解析式确定阵元的物理位置。本发明能够在保证阵元数不变的前提下，有效增大差分虚拟阵的自由度，实现高精度目标探测和方位估计。

技术领域

本发明涉及稀疏优化布阵，具体的说，涉及一种适用于雷达相控阵波达方向估计的稀疏阵列优化布局及设计方法，可用于被动稀疏阵列目标探测与方位估计，在保证使用相同数量的阵元情况下，通过优化设计阵元布放位置，提高虚拟孔径，进而提高目标方位估计精度。

背景技术

稀疏阵列是采用较少数量的传感器，获得与传统相控阵相同或更大的自由度，进而具备更强的空间探测能力和目标方位估计精度的一种阵列布局方式。稀疏阵通过对各阵元接收信号计算协方差，再对协方差矩阵进行矢量化操作，获得等效虚拟相控阵。其虚拟阵元的虚拟位置位于实际阵元的差分位置处，如果能令虚拟差分阵连续排布，就可以利用虚拟阵实现目标方位估计。由于稀疏阵的虚拟连续段长度通常大于相同阵元数情况下的均匀线列阵，其虚拟孔径大，可以大幅提高空间目标探测能力和方位估计精度，同时阵列制造的成本大幅降低，硬件复杂度和数据处理复杂度降低，因此近年来受到广泛关注，大量研究成果涌现。最小冗余阵(A.Moffet,“Minimum-redundancy linear arrays,”IEEETrans.Antennas Propag.,vol.16,no.2,pp.172–175,Mar.1968.)和最小孔洞阵(E.Vertatschitsch and S.Haykin,“Nonredundant arrays,”Proc.IEEE,vol.74,no.1,pp.217–217,Jan.1986.)是最早被提出的非均匀线列阵。虽然它们能成功避免混叠，检测比传感器数量更多的空间目标，但这两种结构没有解析表达式，且阵元数小于17情况下才存在。近几年提出的具有解析表达式的嵌套阵和互质阵，因为能通过矢量化协方差矩阵获得差分虚拟阵，进而获得更大自由度而引起众多学者的兴趣。其中，嵌套阵(P.Pal andP.P.Vaidyanathan,“Multiple level nested array:An efficient geometry for 2qthorder cumulant based array processing,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.60,no.3,pp.1253–1269,Mar.2012.)能获得无孔差分虚拟阵，自由度相比均匀线阵提高了一倍。在研究优化布阵方面，增广嵌套阵(J.Liu,Y.Zhang,Y.Lu,S.Ren,and S.Cao,“Augmented nested arrays with enhanced DOF and reduced mutual coupling,”IEEETrans.Signal Process.,vol.65,no.21,pp.5549–5563,Nov.2017.)、改进嵌套阵(M.Yang,L.Sun,X.Yuan,and B.Chen,“Improved nested array with hole-free DCA and moredegrees of freedom,”Electronics Lett.,vol.52,no.25,pp.2068–2069,Dec.2016.)、MISC(Z.Zheng,W.-Q.Wang,Y.Kong,and Y.D.Zhang,“MISC array:A new sparse arraydesign achieving increased degrees of freedom and reduced mutual couplingeffect,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.67,no.7,pp.1728–1741,Apr.2019.)等多种嵌套阵结构相继被提出，进一步提高阵列自由度。但是，目前基于嵌套阵的稀疏阵列结构，相比于最小冗余阵，其自由度仍有很大的提升空间，其阵元排布存在一种稀疏化规律。寻找并遵循这种稀疏排布规律，可以设计更为稀疏的一维相控阵，使其最远端阵元进一步得到扩展，其差分虚拟阵的自由度(即更长连续段)进一步得到提高。

发明内容