[发明专利]基于扩展和移位嵌套阵列构建四阶差分阵列的方法

说明书

本发明公开基于扩展和移位嵌套阵列构建四阶差分阵列的方法，简称EAS‑NA‑NAsubgt;LS/subgt;；本发明通过提出在EAS‑NA‑NA中，通过进一步扩大嵌套阵列的阵元间距，可显著增加波达方向估计的自由度，提高波达方向估计的性能。本发明提出的EAS‑NA‑NAsubgt;LS/subgt;相较其他的稀疏阵列拥有更大的波达方向估计自由度，并且本发明通过仿真实验验证了EAS‑NA‑NAsubgt;LS/subgt;的性能。且本发明易于实现，效果好，并可实现大量的自由度，对于提高智能天线精度,具有重要的理论和工程价值。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，尤其涉及基于扩展和移位嵌套阵列构建四阶差分阵列的方法。

背景技术

在雷达系统、无线通信、语音处理等方面，波达方向估计一直受到极大的关注，自21世纪起，全球移动互联网业务迅猛增长，有限的无线频谱资源越来越宝贵，智能天线是由多个均匀的、各向同性的天线阵元组成的阵列天线结构，智能天线技术引入了空分多址复用方式，在时隙、频率或者地址码均相同的情况下，该复用方式可以根据空间的不同传播路径来区别不同的用户，因此成倍地扩展了移动通信系统的容量，克服了传统多址复用方式容量小的缺点，高效地利用了频谱资源，波达方向估计算法是阵列信号处理领域中的关键技术之一，传统的波达方向估计算法都是在均匀阵列上进行的，具有可估计信源数少，估计精度低等缺点，为了解决这些问题，近年来出现了一种由两个或者多个均匀阵列组成的嵌套阵列，而与均匀阵列相比，嵌套阵列能够显著地增加自由度，可以解决比物理阵元实际数量更多的信源，并且在阵元数相同的情况下，可以提高估计的精度，但即使嵌套阵列具有各种巧妙的稀疏阵列结构，但其所能增加的自由度还是有限的，无法满足高精度的波达方向估计，因此，本发明提出基于扩展和移位嵌套阵列构建四阶差分阵列的方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出基于扩展和移位嵌套阵列构建四阶差分阵列的方法，该方法通过适当扩大嵌套阵列的阵元间距，显著增加了波达方向估计的自由度，且相较于其他稀疏阵列可以获得更多的自由度用于估计。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：基于扩展和移位嵌套阵列构建四阶差分阵列的方法，其相关信号模型以及特征如下：

令和代表阵元位置，并列出和的集合运算：

式中c为一个常数,Z代表整数集{n:m}，即一个从n到m的连续集合，p和q分别为和集合中任意一个元素；

阵列的T个阵元位置表示如下：

P＝{p₁d,p₂d,…,p_td,…,p_τd,t＝1,2,…,T}   (2)

式中p_Td代表阵元的位置，d＝λ/2中λ表示波长，L远场窄带源的阵列输出为下式：

式中s(i)＝[s₁(i),…,s_L(i)]^T包含L个信源，ε(i)代表高斯噪声，为θ_l,l＝1,2,…,L的导向矢量，I为快拍数，X(i)的四阶累积量的矩阵形式为：

式中上标[·]^H和[·]^*分别表示共轭转置和共轭，为克罗内克乘积的运算符，和Cum[·]为加法运算符；在信号模型公式(4)的基础上，四阶差分阵列记作F，表示为：

F＝(P-P)+(P-P)   (5)