[发明专利]一种基于增强型嵌套阵列的DOA估计方法

说明书

本发明公开了一种基于增强型嵌套阵列的DOA估计方法，包括利用两个阵元间距不同的均匀线阵和一个独立的传感器构造增强型嵌套阵列；对目标辐射源进行空间采样，并对天线阵列接收信号的协方差矩阵进行向量化处理；计算增强型嵌套阵列的差分共阵；对观测空域进行网格划分，构造过完备基矩阵；基于压缩感知方法将目标辐射源的DOA估计问题转化为求解l₁范数最小化约束方程问题，通过谱峰搜索实现目标辐射源的DOA估计。本发明基于增强型嵌套阵列以及压缩感知理论，将DOA估计问题转化成求解范数最小化约束方程问题，在低信噪比、小快拍数等不理想条件下能够实现高精度的DOA估计，并且能够估计信源的个数大于阵元数。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种基于增强型嵌套阵列的DOA估计方法。

背景技术

DOA估计是阵列信号处理领域的一个重要的研究分支，在雷达、声纳以及无线通信等领域具有重要的应用价值，其中天线阵列用于接收入射信号的空间采样。阵列信号处理领域中最广泛采用的均匀线阵受限于自由度和阵列孔径，从而导致基于该类阵列测向方法的可分辨信号个数和DOA估计精度受限。

目前，一些稀疏非均匀线阵的提出为高精度DOA估计提出新思路，典型的有：最小冗余阵列(MRA)、最小孔洞阵列(MHA)、嵌套阵(NA)和互质阵(CPA)及其衍生阵列等。与均匀线阵相比，稀疏非均匀线阵具有更多的自由度，能够估计更多的信源数；MRA和MHA的阵列构型没有闭式表达式；CPA及其衍生阵列的差分共阵不是连续的，有效阵列孔径较低；嵌套阵的差分共阵具有无孔特性，但是其连续自由度和有效阵列孔径有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于增强型嵌套阵列的DOA估计方法，增强型嵌套阵列具有无孔差分特性并且具有更大的连续自由度，能够估计更多的信源数并且具有较高估计精度。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于增强型嵌套阵列的DOA估计方法，包括：

步骤1：利用两个阵元间距不同的均匀线阵和一个独立的传感器构造增强型嵌套阵列；

步骤2：对目标辐射源进行空间采样，并对天线阵列接收信号的协方差矩阵进行向量化处理；

步骤3：计算增强型嵌套阵列的差分共阵；

步骤4：对观测空域进行网格划分，构造过完备基矩阵；

步骤5：基于压缩感知方法将目标辐射源的DOA估计问题转化为求解l₁范数最小化约束方程问题，通过谱峰搜索实现目标辐射源的DOA估计。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤1，所述增强型型嵌套阵列由三部分组成：均匀线阵a、均匀线阵b和独立的传感器o：

定义均匀线阵a含有N₁个阵元，阵元间距为d；均匀线阵b含有N₂-1个阵元，阵元间距为N₁d；

以均匀线阵a的第一个阵元为起始阵元，独立的传感器o位于距起始阵元的(2N₁+1)d处，均匀线阵b的第一个阵元距传感器o的距离为N₁d；

其中，0＜d≤λ/2，λ表示目标辐射源的波长；

对d进行归一化处理，在N₁≥1，N₂≥2并且N₁，N₂属于正整数，均匀线阵a，独立阵元o，和均匀线阵b组合成增强型嵌套阵列。

上述的增强型型嵌套阵列构型为：

其中，