[发明专利]拓展阵元间距移位子阵的结构性运动稀疏阵列设计方法

说明书

本发明公开了一种拓展阵元间距移位子阵的结构性运动稀疏阵列设计方法，主要用于解决现有技术中结构性运动稀疏阵列在进行孔径扩展时难以同步地提升阵列的自由度的问题。本发明的步骤包括：确定两个拓展阵元间距移位子阵的阵元数；建立具有拓展阵元间距移位子阵的结构性稀疏阵列；获取具有拓展阵元间距移位子阵的结构性运动稀疏阵列结构。本发明所设计的结构性运动稀疏阵列只需要在满合成差分阵列的条件下适当增大阵元间距扩展系数即可实现自由度的同步扩展，实现了低数据量、低互耦与优秀估计性能的兼顾。

技术领域

本发明属于波达方向估计技术领域，更进一步涉及阵列设计技术领域中的一种拓展阵元间距移位子阵的结构性运动稀疏阵列设计方法。本发明可用于运动稀疏阵列DOA估计，实现对多路信号波达方向的估计。

背景技术

在波达方向估计领域，可检测的信号数目通常不能高于阵元数，而稀疏阵列的出现打破了这一限制，因此在通信、雷达、等领域得到了广泛的应用。目前已出现了互质阵列、最小冗余阵列和嵌套阵列等稀疏阵列的设计方法，但所涉及的都是阵列非运动的情境，无法充分发挥稀疏阵列的优异性能。

J.Ramirez和J.L.Krolik在其发表的论文“Synthetic aperture processing forpassive co-prime linear sensor arrays”(Duke Univeristy，Digital SignalProcessing，Volume61,2017)中提出了一种运动互质阵的设计方法。该方法的实现步骤如下：(1)选取互质的整数M和N作为子阵阵元数，以此构建互质阵列的模型；(2)阵列进行运动，运动距离选取为N/2个半波长。虽然该方法通过互质阵的运动实现了对自由度的提升，但是，该方法仍然存在的不足之处在于，选取N/2个半波长的运动距离通常无法保证孔径合成时两个时刻的信号是相干的，故此该方法在实际应用中很难实现。

针对上述问题，G.Qin,Y.D.Zhang和M.G.Amin在其发表的论文“DOA EstimationExploiting Moving Dilated Nested Arrays”(IEEE Signal Processing Letters，Volume26,2019)中提出了一种运动嵌套阵的设计方法。该方法的实现步骤如下：(1)嵌套阵列的阵元数取正整数N₁和N₂，以此构建嵌套阵列；(2)在已构建的阵列基础上，将阵元间距延拓至原有的d_r倍，其中d_r取信号波长的整数倍，实现对阵列的延拓；(3)将延拓后的阵列运动一个半波长。虽然该方法只考虑运动半波长的情况，最大程度地去满足两个时刻信号的相干性，但是该方法仍然的不足之处在于，运动阵列的合成差分阵列仍有可能出现孔，这些孔的存在使得现有结构性运动稀疏阵列在进行孔径扩展时只能通过增加阵元数来维持自由度。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种拓展阵元间距移位子阵的结构性运动稀疏阵列设计方法，旨在解决现有技术中结构性运动稀疏阵列进行孔径扩展时难以同步提升自由度的问题。

实现本发明目的的思路是，首先根据差分阵列的优化准则，在阵元数目固定的情况下，要求在最大化合成差分阵列的阵列孔径的基础上最小化合成差分阵列的孔的数目，而具有拓展阵元间距结构的结构性运动稀疏阵列是满足这一准则的阵列之一；为进一步地实现孔径的扩展，仿照移位子阵互质阵的构造方法，在拓展阵元间距的基础上引入子阵移位机制，得到本发明中的拓展阵元间距移位子阵的结构性运动稀疏阵列。

实现本发明目的的具体步骤如下：

(1)确定两个拓展阵元间距移位子阵的阵元数M和N：

第一步，根据结构性运动稀疏阵列的最大可识别信源数的需求，设定运动稀疏阵列阵元数K和两个拓展阵元间距移位子阵的首阵元间距与半波长之比L,L为整数；

第二步，当L＝0时，若K为奇数，则取或若K为偶数，则取