[发明专利]一种降低阵元互耦效应的改进型互质阵列设置方法

说明书

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种降低阵元互耦效应的改进型互质阵列设置方法。主要解决现有稀疏阵列阵元互耦大以及物理阵列孔径不够大的问题。其技术方案是：首先，根据给定的阵元数R确定与改进型互质阵列两子阵列阵元数相关的参数M及N；其次，根据M及N确定两均匀子阵列的阵元位置；最后，再在原点处添加一个阵元作为参考阵元。本发明可用于入射信源个数大于阵元数情况下的波达方向估计，并且能够减少阵元间的互耦效应，在不采用任何解耦算法的情况下仍具有良好的DOA估计性能。在相同阵元数下，本发明对应的改进型互质阵列具有更大的阵元间隔以及物理孔径，从而能够极大地降低阵元间的互耦，相比于传统的互质阵列具有更好的DOA估计性能。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种降低阵元互耦效应的改进型互质阵列设置方法。

背景技术

波达方向，DOA，估计是阵列信号处理领域内的一个重要研究方向。增大阵列孔径以及扩展阵列自由度均能够实现DOA估计性能的改善。目前，以最小冗余阵列、嵌套阵列以及互质阵列为代表的一类稀疏阵列由于其相比均匀阵列所具有的显著优势而被广泛研究，例如其阵元间距可突破入射信号半波长的限制，从而与具有相同阵元数的均匀阵列相比具有更大的阵列孔径，此外稀疏阵列通过向量化协方差矩阵可得到扩展的虚拟阵列自由度，从而能估计多于阵元数个的信源，而均匀阵列自由度受到阵元数的限制，仅能估计少于阵元数个的信源。尽管稀疏阵列相比于均匀阵列有着巨大的优势，但是各类稀疏阵列自身还存在着一定的局限性。例如，最小冗余阵列没有闭式解，即无法对于任意给定的总阵元数给出最优的阵元摆放位置。嵌套阵列和互质阵列均具有闭式解，但嵌套阵列中由于含有一个密集的、阵元间距为单位距离d(一般设为半波长)的均匀线性子阵列，因而阵元间具有较严重的互耦。相对于嵌套阵列来说，互质阵列的阵元间距要更大一些，因而阵元间的互耦弱一些，但不可避免地还是会有相距较近的阵元，即阵元间距为单位距离的阵元，因而仍会存在着一定强度的互耦，并且不会随着阵元数的增加而变弱或者消失。互耦的存在会导致各阵元间通道不一致性的增强，从而影响DOA估计性能甚至导致DOA估计结果完全错误。

目前，针对于阵元间的互耦问题已经出现了很多解耦算法，这些解耦算法的大体思路均是先建立互耦模型，再通过算法估计出互耦系数，进而再估计出DOA，因而最终的DOA估计精度会受到互耦系数估计精度的影响，这没有从源头上解决互耦问题，无法消除互耦带来的影响。因而改进原有的互质阵列，增大阵元间距，消除相距为单位距离的阵元，增大阵列孔径，最终实现降低阵元互耦乃至在阵元数足够多时消除阵元互耦是一个亟待解决的并且有意义的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低阵元互耦效应的改进型互质阵列设置方法。

一种降低阵元互耦效应的改进型互质阵列设置方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据给定的总阵元数R确定与改进型互质阵列的两子阵列阵元数相关的参数M及N；

步骤2：根据取得的M及N，得到组成该改进型互质阵列的两个子阵列中阵元位置；

步骤3：再在原点放置一个阵元作为参考阵元；

步骤4：参考阵元与两子阵列一同构成改进型互质阵列，最终整个阵列的阵元位置表示为l₁∪l₂∪{0}。

步骤1所述的根据给定的总阵元数R确定与改进型互质阵列的两子阵列阵元数相关的参数M及N，包括以下步骤：

步骤1.1：总阵元数R为奇数时，即表示为R＝2k+1，其中k为大于1的正整数，则M+N＝R＝2k+1，取M＝k，N＝k+1；

步骤1.2：总阵元数R为偶数时，即表示为R＝2k，其中k为大于3的正整数，则M+N＝R＝2k，则M及N取为：当k为偶数时，M＝k-1，N＝k+1；当k为奇数时，M＝k-2，N＝k+2。

步骤2所述的两个子阵列中阵元位置为：