[发明专利]基于平面互质阵列虚拟域张量空间谱搜索的高分辨精确二维波达方向估计方法

说明书

本发明公开了一种基于平面互质阵列虚拟域张量空间谱搜索的高分辨精确二维波达方向估计方法，主要解决现有方法中信号多维信息丢失和空间谱分辨度、精确度受限的问题，其实现步骤是：构建平面互质阵列；平面互质阵列接收信号张量建模；推导基于平面互质阵列二阶互相关张量的虚拟域等价信号；构造虚拟域均匀面阵的等价接收信号；推导虚拟域平滑信号的四阶自相关张量；基于虚拟域自相关张量的多维特征提取实现信号与噪声子空间分类；基于虚拟域张量空间谱搜索的高分辨精确二维波达方向估计。本发明基于平面互质阵列虚拟域张量统计量的多维特征提取，实现基于张量空间谱搜索的高分辨精确二维波达方向估计，可用于无源探测和目标定位。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，尤其涉及基于平面互质阵列张量信号的统计信号处理技术，具体是一种基于平面互质阵列虚拟域张量空间谱搜索的高分辨精确二维波达方向估计方法，可用于无源探测和空间定位。

背景技术

平面互质阵列作为一种具有系统化架构的二维稀疏阵列，具有大孔径、高分辨的特点，相较于传统均匀阵列，能够实现二维波达方向估计在估计精度、分辨度等综合性能上的突破；与此同时，通过构造二维虚拟域，能够在虚拟域均匀面阵上进行符合奈奎斯特匹配条件的信号处理，从而解决平面互质阵列的信号失配问题。基于虚拟域信号构造平面互质阵列空间谱，进而通过二维谱峰搜索，可以得到精确的二维波达方向估计。以此为思路，传统的方法通常将具有二维空间结构信息的入射信号用矢量进行表示，并以时间平均的方式计算多采样信号的二阶统计量，进而通过矢量化推导虚拟域二阶等价信号。然而，以矢量方式表示的平面互质阵列接收信号及其虚拟域等价信号不仅丢失了原始信号的多维空间结构信息，且随着数据量增大，容易造成维度灾难，因此以此为基础构造空间谱并得到二维波达方向估计在精确度、分辨度等性能上仍存在缺陷。

为了解决上述问题，基于张量空间谱搜索的平面互质阵列二维波达方向估计方法开始受到关注。张量作为一种高维的数据结构，可以保存信号的原始多维信息；同时，高阶奇异值分解、张量分解等多维代数理论也为张量信号的多维特征提取提供了丰富的分析工具。因此，张量信号模型能够充分利用平面互质阵列入射信号的多维空间结构信息。然而，现有方法仍然是基于实际接收张量信号进行处理，并没有利用平面互质阵列的二维虚拟域进行张量空间谱构造，没有解决平面互质阵列信号失配的问题，导致精确度受损；且生成的谱峰分辨度低，易产生相互混叠。因此，现有方法在精确度和分辨度性能上仍存在较大的提升空间。

发明内容

本发明的目的在于针对上述方法中存在的信号多维空间结构信息丢失和空间谱分辨度、精度性能受限问题，提出一种基于平面互质阵列虚拟域张量空间谱搜索的高分辨精确二维波达方向估计方法，为建立平面互质阵列张量信号统计量和虚拟域空间谱联系，搭建虚拟域张量空间谱搜索架构，实现高分辨、高精度的二维波达方向估计提供了可行的思路和有效的解决方案。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于平面互质阵列虚拟域张量空间谱搜索的高分辨精确二维波达方向估计方法，包含以下步骤：

(1)接收端使用4M_xM_y+N_xN_y-1个物理天线阵元，按照平面互质阵列的结构进行架构；其中，M_x、N_x以及M_y、N_y分别为一对互质整数，且M_xN_x，M_yN_y；该平面互质阵列可分解为两个稀疏均匀子阵列和

(2)假设有K个来自方向的远场窄带非相干信号源，将平面互质阵列稀疏子阵列的接收信号用一个三维张量信号(L为采样快拍数)表示为：