[发明专利]一种基于L型嵌套阵的二维DOA估计方法及装置

权利要求书

1.一种基于L型嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，所述L型嵌套阵包括具有N1个阵元的第一子阵和具有N2个阵元的第二子阵，第一子阵和第二子阵共用原点处的阵元，所述第一子阵位于z轴上，所述第二子阵位于x轴上，所述L型嵌套阵接收K个不相关的远场窄带信号，信号入射方向和z轴、x轴的夹角分别为φ和β，入射信号在xoy平面内的投影与x轴的夹角为θ；第一子阵和第二子阵的接收数据矢量分别为x₁(t)和x₂(t)；该估计方法包括：

分别求出第一子阵接收信号的自相关矩阵和第一子阵虚拟优化阵接收信号的自相关矩阵；

根据所述第一子阵虚拟优化阵对应的自相关矩阵求得俯仰角的估计值；

根据所述俯仰角的估计值估计第一子阵的方向矩阵和入射信号的自相关矩阵；

根据第一子阵、第二子阵的接收数据矢量以及第一子阵的方向矩阵和入射信号的自相关矩计算第二子阵方向矩阵的估计值；

根据所述第二子阵方向矩阵的估计值求到得方位角的估计值。

2.根据权利要求1所述的一种基于L型嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，所述分别求出第一子阵接收信号和第一子阵虚拟优化阵接收信号的自相关矩阵，包括：

计算第一子阵接收数据x₁(t)在N次快拍下的自相关矩阵

将自相关矩阵向量化并去冗余得到观测矢量

基于观测矢量构建一个Hermitian Toeplitz矩阵则就是第一子阵虚拟优化阵接收信号的自相关矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于L型嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述第一子阵虚拟优化阵对应的自相关矩阵求得俯仰角的估计值，包括：

将第一子阵虚拟优化阵接收信号的自相关矩阵进行特征分解，得到信号子空间U_s；

利用ESPRIT算法求得俯仰角的估计值

4.根据权利要求3所述的一种基于L型嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述俯仰角的估计值估计第一子阵的方向矩阵和入射信号的自相关矩阵，包括：

根据所述俯仰角估计值估计第一子阵的方向矩阵

对第一子阵的自相关矩阵进行特征分解，并对较小的特征值取平均，得到第一子阵上的噪声功率

结合自相关矩阵噪声功率以及方向矩阵估计出入射信号的自相关矩阵

5.根据权利要求4所述的一种基于L型嵌套阵的二维DOA估计方法，其特征在于，根据所述第二子阵方向矩阵的估计值求到得方位角的估计值，包括：

计算第二子阵的相位因子；

根据所述相位因子求得方位角θ_k的估计值。

6.一种基于L型嵌套阵的二维DOA估计装置，其特征在于，所述L型嵌套阵包括具有N1个阵元的第一子阵和具有N2个阵元的第二子阵，第一子阵和第二子阵共用原点处的阵元，所述第一子阵位于z轴上，所述第二子阵位于x轴上，所述L型嵌套阵接收K个不相关的远场窄带信号，信号入射方向和z轴、x轴的夹角分别为φ和β，入射信号在xoy平面内的投影与x轴的夹角为θ；第一子阵和第二子阵的接收数据矢量分别为x₁(t)和x₂(t)；该估计装置包括：

自相关模块，用于分别求出第一子阵接收信号的自相关矩阵和第一子阵虚拟优化阵接收信号的自相关矩阵；

第一估计模块，用于根据所述第一子阵虚拟优化阵对应的自相关矩阵求得俯仰角的估计值；

第二估计模块，用于根据所述俯仰角的估计值估计第一子阵的方向矩阵和入射信号的自相关矩阵；

第三估计模块，用于根据第一子阵、第二子阵的接收数据矢量以及第一子阵的方向矩阵和入射信号的自相关矩计算第二子阵方向矩阵的估计值；

第四估计模块，用于根据所述第二子阵方向矩阵的估计值求到得方位角的估计值。