[发明专利]一种基于均匀圆阵的单快拍测向方法

说明书

本发明属于电子对抗技术领域，具体的说是一种基于均匀圆阵的单快拍测向方法。本发明对于均匀圆阵的阵列接收数据，首先通过模式空间变换，将其转换为虚拟线阵的接收数据，从而使得阵列流型具有Vandemonde形式。接着通过构造伪协方差矩阵，使得用以进行后续处理的伪协方差矩阵能达到满秩，从而使得后续的特征分解能正确地分割信号子空间和噪声子空间。本发明首先转换均匀圆阵的阵列流型为虚拟线阵，接着构造伪协方差矩阵，最后进行MUSIC算法。本发明的有益效果为，可以使用均匀圆阵进行单快拍测向，方法简单，效果良好。

技术领域

本发明属于电子对抗技术领域，是一种基于均匀圆阵的单快拍测向方法。

背景技术

到达角(DOA)估计是阵列信号处理所要研究的主要问题之一，DOA估计在无线电通信、电子侦察等领域有着广泛的应用。单快拍DOA估计即只对单个快拍的数据进行处理，实现输入信号的波达方向估计。目前随着DOA估计对实时性要求的不断提高，通过减小采样快拍数来降低算法运算量，提高系统实时性，成为近年来DOA估计领域研究的一个热点。

在单快拍测向算法之中，应用最为广泛的是以伪协方差矩阵和空间平滑为基础的研究。其中，空间平滑法将一定规律下的阵列划分成若干个子阵列，并且每个子阵列具有相同的规律，求出每个子阵下所对应的阵列协方差矩阵。将其进行处理来构造新的矩阵，进而来代替未划分成子阵的整体矩阵作为新的协方差矩阵。而另一种方法是伪协方差矩阵法，它通过对单快拍情况下接收到的数据进行处理，将协方差矩阵转化为伪协方差矩阵，进而增加了有用的信息量，使得矩阵的秩达到信号源数，从而能将经典的测向算法应用在快拍数为极限的单快拍的条件下。然而，这两种方法都只能对具有vandemonde形式的矩阵进行处理，当使用均匀圆阵时，无法直接进行单快拍测向。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于伪协方差矩阵的均匀圆阵单快拍测向方法。

本发明采用的技术方案是：

对于接收到的单快拍数据，利用模式空间转换，将圆阵的阵列流型转换成一个虚拟线阵，处理后的数据相当于一个虚拟线阵的阵列流型乘上信号。此时阵列流型具有Vandemonde形式。取处理后的数据构造伪协方差矩阵。对此矩阵进行特征值分解，利用理想条件下信号子空间的导向矢量与噪声子空间相互正交，而实际情况下乘积非常小，对方位角由0°到360°进行谱峰搜索，极大值点对应的角度就是信号入射方向。

考虑一个均匀圆阵接收数据的离散傅里叶变换。假设N个远场信号源(θ₁,…,θ_N)的信号入射到M个阵元的均匀圆阵上，圆阵阵元各向同性，接收数据矩阵为x＝As+n (1)

其中n为噪声矩阵。

每个信号只接收到单快拍，则阵元l上的快拍数据为：

其中，θ_i为第i个信号入射的方位角，s_i为第i个信号。

该圆阵的导向矢量为

对阵列的快拍数据作空间DFT有

J中，J_k(-β)表示k阶第一类贝塞尔函数，k∈-K,-K+1,…K-1,K，贝塞尔函数的定义为：

当均匀圆阵阵元数时，有J_kM-q(-β)≈0，因此上式可以简化为

其中，

若令u_q＝v_-q,则上式可以写成如下矩阵形式：