[发明专利]基于非高斯信源的具有互质关系嵌套阵列设计方法

说明书

本发明公开了基于非高斯信源的具有互质关系嵌套阵列设计方法，该方法提出阵列结合了嵌套阵列和互质阵列在阵元排布中的特点，在保证阵列具有较大孔径的同时仍能提供很大的自由度。信号接收阵列为两个二级嵌套阵，且两个嵌套阵间距之间存在互质关系。本发明实现的步骤如下：结合互质阵列对于互耦效应影响小的特点和嵌套阵中虚拟差阵的虚拟阵元连续范围大的特点，巧妙设计阵元排列方式以及间距分布，构造具有互质关系的嵌套阵列。在确定好阵列结构后，依据互质阵列中虚拟阵的闭式解形式和嵌套阵中虚拟阵的闭式解形式，推导出本文设计阵列的虚拟阵元连续范围，即该阵列的闭式解。最后采用空间平滑MUSIC算法验证该提出阵列的优越性。

技术领域

本发明涉及一种基于非高斯信源的具有互质关系嵌套阵列设计方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术

阵列信号处理是现代信号处理领域的一个重要分支。其利用传感器阵列来接收空间信号，与传统阵列的单个传感器定向相比，具有灵活的波束控制、较高的信号增益、较强的干扰抑制能力及较高的空间分辨能力等优点。波达方向角(Direction of Arrival，DOA)估计是阵列信号处理领域中的重点研究课题之一，被广泛地应用于通信、雷达、麦克风阵列等军用和民用领域。

稀疏阵列相对于传统阵列能够获得更大的阵列孔径及更高的自由度，可估计信源数更多的信号DOA估计。嵌套阵列(Nested Array，NA)是由两个及以上均匀线性阵列构成的稀疏阵列，其阵列的排布方式易于实现，且在基于高阶累积量的DOA估计算法中仍具有非常强的自由度扩展能力；互质阵列(Coprime Array，CPA)由两个阵元数互质的均匀线性阵列构成，与嵌套阵列一样，互质阵列的结构易于实现，同时阵列的孔径较大，能有效避免阵元间的互耦现象对DOA估计所造成的影响。这两种稀疏阵列结构由于较强的孔径扩展能力和自身的特点，受到了广泛的关注与应用。与此同时，相关学者提出了基于空间平滑的子空间方法、基于空间压缩感知的方法等一系列DOA估计算法，为基于稀疏阵列的波达方向估计提供了理论基础。

传统的波达方向参数估计算法，如MUSIC(多重信号分类)算法、ESPRIT(基于旋转不变技术的信号参数估计)算法等大多利用了信号的二阶统计特性。在信号服从高斯分布且信号可以被一阶、二阶统计量完全描述时，利用接收信号的二阶统计量已经足够了。但在实际应用中，我们遇到的通常是非高斯信号，其一阶、二阶统计量并不能完全描述信号的统计特性，这时采用高阶累积量不仅可以获得比二阶统计量更高的性能，而且可以解决二阶统计量不能解决的很多问题。此外，高阶累积量对高斯过程具有不敏感性，理论上可抑制噪声。高阶统计量作为一种强有力的信号处理工具,己经在通信、雷达、声纳及地球物理、生物医学等领域得到了极为广泛的应用。在实际应用中，考虑到高阶累积量计算的复杂性，以基于四阶累积量的DOA估计方法居多。因此，如何设计一个具有最大四阶差分虚拟阵的稀疏阵列成为了一个非常值得研究的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在非高斯信源的场景下，基于四阶累积量，设计出在具有较大孔径的同时仍能提供较大自由度的阵列结构。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于非高斯信源的具有互质关系嵌套阵列设计方法，其基本思路是：结合互质阵列对于互耦效应影响小的特点和嵌套阵中虚拟差阵的虚拟阵元连续范围大的特点，巧妙设计阵元排列方式以及间距分布，构造具有互质关系的嵌套阵列。在确定好阵列结构后，依据互质阵列中虚拟阵的闭式解形式和嵌套阵中虚拟阵的闭式解形式，推导出本文设计阵列的虚拟阵元连续范围，即该阵列的闭式解。最后采用空间平滑MUSIC算法验证所提出阵列的优越性。

基于非高斯信源的具有互质关系嵌套阵列设计方法，包括以下步骤：

步骤1、建立非高斯信源下的DOA估计模型；

步骤2、构造具有互质关系嵌套阵列模型；