[发明专利]基于特殊三平行线阵结构的二维DOA估计方法

说明书

本发明涉及阵列信号处理技术，为提出获得自动配对的二维角度值的方法，相比于传统的一些方法，本发明无需对接收数据进行奇异值或者特征值分解，无需进行谱峰搜索步骤，计算复杂度较低，并且可以获得良好的估计性能，具有一定的应用价值。为此，本发明采用的技术方案是，基于特殊三平行线阵结构的二维DOA估计方法，三平行线性阵列结构中的两条子阵列存在一些移位，并依据这移位的特点直接构造出包含角度信息的旋转矩阵，并引入欧拉方程，结合扩展孔径的传播算子算法和均匀线性阵列的旋转不变性，最终获得自动配对的二维角度值。本发明主要应用于阵列信号处理场合。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术，具体讲,涉及阵列信号处理领域中一种基于特殊三平行线阵的改进型二维DOA估计方法。

背景技术

阵列信号处理的一个基本问题是空间信号到达方向(Direction of Arrival,DOA)估计的问题，也是雷达、声呐、无线通信等众多领域的重要任务之一。DOA估计的基本问题就是确定同时处在空间中某一区域内多个感兴趣的信号源的空间位置(即各个信号到达阵列参考阵元的方向角，简称波达方向)。传统的二维DOA估计方法主要有MUSIC(MultipleSignal Classification,MUSIC)算法、ESPRIT(Estimation of signal parameters viarotational invariance techniques,ESPRIT)、高阶累积量的方法、传播算子的方法等。其中，由于基于传播算子的方法计算复杂度低，方法简单有效，并且可以取得良好的估计效果，受到广泛研究。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出获得自动配对的二维角度值的方法，相比于传统的一些方法，本发明无需对接收数据进行奇异值或者特征值分解，无需进行谱峰搜索步骤，计算复杂度较低，并且可以获得良好的估计性能，具有一定的应用价值。为此，本发明采用的技术方案是，基于特殊三平行线阵结构的二维DOA估计方法，三平行线性阵列结构中的两条子阵列存在一些移位，并依据这移位的特点直接构造出包含角度信息的旋转矩阵，并引入欧拉方程，结合扩展孔径的传播算子算法和均匀线性阵列的旋转不变性，最终获得自动配对的二维角度值。

具体地：空间中存在K个远场窄带信号源入射到三维立体阵上，天线阵列被划分为三个子阵列X、Y和Z，其中，每个子阵中阵元之间的间距都是d_x，而三个子阵之间的距离为d_y，X、Y和Z子阵列分别具有M+1、M、M+1个阵元，提出的结构中有X和Z两个子阵列相对于坐标轴有一定的偏移量d_z，θ_k和为第K个信号源的俯仰角和方位角，则X、Y和Z三个子阵列的输出数据矩阵表示为：

X(t)＝[x₁(t),x₂(t),x₃(t),…,x_M+1(t)]^T＝A_xΦ₁S(t)+n_x(t) (1)

Y(t)＝[y₁(t),y₂(t),y₃(t),…,y_M(t)]^T＝A_yS(t)+n_y(t) (2)

Z(t)＝[z₁(t),z₂(t),z₃(t),…,z_M+1(t)]^T＝A_zΦ₃S(t)+n_z(t) (3)