[发明专利]一种基于非圆信号的新型移位阵列设计方法

说明书

本发明公开了一种基于非圆信号的新型移位阵列设计方法，属于阵列信号处理领域。包括步骤：对原始互质阵列的两组子阵列进行重新排列设计，以构建新型互质阵列；基于非圆信号椭圆协方差不为0的特性，计算新型互质阵列的差分共阵和求和共阵及其连续自由度；对目标信号源进行空间采样，计算新型阵列接收信号的协方差矩阵并将其向量化处理；构造选择矩阵，提取向量化矩阵中的非零元素；利用MUSIC算法实现目标信号源的高精度DOA估计。

技术领域

本发明涉及目标检测和信号处理领域，具体涉及一种用于非圆信号DOA(Direction of arrival)估计的新型移位阵列设计方法。

背景技术

新技术革命浪潮下，高超声速目标、声呐雷达信号检测、复杂电子对抗等现代化技术手段的快速发展给现有空间和安全防控领域带来严峻考验。因此，利用新型阵列设计理论开展多目标DOA估计算法研究，实现对敌方目标的快速有效定位，对于空间和安全防控领域具有重要的现实意义。

相比于均匀线阵，稀疏阵列具有更大的虚拟延迟、更高的自由度和更弱的互耦效应，带来了估计性能的极大提升，从而成为近年来DOA估计问题的研究热点。在所有的稀疏阵列设计中，嵌套阵列和互质阵列是最具代表性的阵列设计方法，已有方法大多是基于上述方法的改进。嵌套阵列由单位间距的均匀子阵和较大间距的稀疏子阵排列构成，可以使用N个传感器估计O(N²)个信源，但嵌套阵列中的均匀子阵存在耦合效应，从而影响其估计性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有模型DOA估计问题，提出一种无孔虚拟阵列设计方法，实现高效的DOA估计。

本发明的技术解决方案是：一种非圆信号新型移位阵列设计方法，步骤如下：

步骤1：对原始嵌套阵列的两组子阵列进行重新排列设计，以构建新型移位阵列；

步骤2：基于非圆信号椭圆协方差不为0的特性，计算新型移位阵列的差分共阵和求和共阵及其连续自由度；

步骤3：对目标信号源进行空间采样，计算新型移位阵列接收信号的协方差矩阵并将其向量化处理；

步骤4：构造选择矩阵，提取向量化矩阵中的非零元素；

步骤5：利用MUSIC算法实现目标信号源的DOA估计。

进一步地，步骤1所述的新型移位阵列由两部分构成，在一条直线上排列的非均匀互质阵列，分别分为子阵一和子阵二。子阵一包含N个阵元，阵元间距为Md；子阵二包含M-1个阵元，阵元间距为d；其中M＝4,d代表半波长。新型阵列的构型表达式为P＝P₁∩P₂,

其中,P₁和P₂分别代表子阵1和子阵2的物理阵元排列位置。

进一步地，由于虚拟阵元的位置关于0位置对称，为了便于说明，仅取虚拟阵元的非负部分进行分析。步骤2中非圆信号的稀疏阵列总延迟由差分共阵与求和共阵P_s⁺组成，而差分共阵包括自差集和互差集而求和共阵P_s⁺包括自和集与互和集相应的集合可表示为：

进一步地，步骤3中的接收信号表示为：其中，x(t)为接收信号矢量，s_k(t)为发送信源，为相应于θ_k的导向矢量，d_m代表第m个阵元与参考阵元之间的距离，A是阵列流形，为相位偏移矩阵,Φ_k是第k个信源的非圆相位，S(t)为信源矢量，n(t)是功率为的加性高斯白噪声，N(t)为相应的噪声矩阵；