[发明专利]基于多项式求解的非圆信号波达方向角的估计方法

说明书

本发明公开了一种基于多项式求解的非圆信号波达方向角估计方法，主要解决现有技术中阵元利用率低，信号识别数量少的问题，其实现步骤是：1)获取嵌套阵列输出信号，根据该信号计算协方差矩阵和椭圆协方差矩阵，并构造等效协方差向量和等效椭圆协方差向量，计算这两个向量中所有元素的维数；2)计算虚拟阵列协方差向量和虚拟阵列椭圆协方差向量，并构造两个波达角选择矩阵，计算其噪声子空间；3)由噪声子空间获得第一噪声矩阵、第二噪声矩阵、第三噪声矩阵和第四噪声矩阵，根据这两个噪声矩阵构造多项式方程；4)计算多项式方程的根获得目标波达方向角度值。本发明在非圆信号环境下大大提高了阵列可识别的信源数目，可用于目标侦察和无源定位。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种电磁信号的阵列信号波达方向角估计方法，可用于对飞机、舰船运动目标的侦察与无源定位。

背景技术

信号的波达方向角DOA估计是阵列信号处理领域的一个重要分支，它是指利用天线阵列对空间声学信号、电磁信号进行感应接收，再运用现代信号处理方法快速准确的估计出信号源的方向，在雷达、声纳、无线通信等领域具有重要应用价值。

在现代通信中，二相相移键控以及M进制幅移键控等非圆信号的应用越来越多，因此有关非圆信号的DOA估计受到了越来越多的关注。目前已有关于利用阵列天线处理非圆信号的一些方法被提出，比较有代表性的是P Charge等人发表的论文“A non-circularsources direction finding method using polynomial rooting”(《SignalProcessing》,VOL 81,pp.1765-1770 2001)中公开了一种利用多项式求解进行非圆信号DOA估计的方法，该方法是基于均匀阵列的。

另一方面，为了在较少的阵元条件下得到尽量大的角度自由度，检测更多的信源，一些新的阵列结构被提出，比较有代表性的是嵌套阵列以及互质阵列。P Piya等人在其发表的论文“Nested Arrays:A Novel Approach to Array Processing With EnhancedDegrees of Freedom”(《IEEE transactions on signal processing》,VOL58,NO.8,August 2010)中公开了一种基于嵌套阵列的DOA估计方法，该方法能够使用M+N个阵元，生成2MN+2N-1个虚拟阵元，可检测MN+N-1个信号。该方法具有估计多于阵元数目的信号数的能力，但是，该阵列的讨论都集中在接收信号为圆信号的条件下，对于如何利用该阵列进行非圆信号的处理目前还没有研究。

在实际应用中，具有非圆信号环境，给定一定数量的阵元，如果不能合理利用这些阵元以及信号的非圆特性，就不能估计足够多的信号，造成侦察和定位资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于多项式求解的非圆信号波达方向角估计方法，以在非圆信号环境下，合理利用阵元及信号的非圆特性对足够多的信号进行估计，避免资源浪费。

为实现上述目的，本发明技术方案包括如下：

(1)用M+N个天线接收机形成嵌套阵列，其中M、N分别表示两个天线接收阵列的阵元数，其取值范围为M≥1，N≥1；

(2)假设空间中有K个非圆目标信号，通过采样和滤波得到嵌套阵列输出信号：Y(t)＝[y₁(t),…,y_i(t),…,y_M+N(t)]^T，其中，y_i(t)表示嵌套阵列的第i个阵元的输出信号，t的取值范围是1≤t≤L，L表示快拍数，i的取值范围是1≤i≤M+N，(·)^T表示矩阵转置运算；

(3)利用嵌套阵列输出信号Y(t)，计算虚拟均匀阵列协方差向量和椭圆协方差向量