[发明专利]基于嵌套式最小冗余阵列的波达方向估计方法

摘要

本发明公开了一种基于嵌套式最小冗余阵列的波达方向估计方法，主要解决现有技术在目标个数大于阵元数时波达方向估计分辨率低的问题。其实现过程是：1给定总阵元数构造嵌套式最小冗余阵列NMRA；2根据NMRA得到NMRA的接收数据X(t)；3根据X(t)估计NMRA的协方差矩阵R_XX，向量化R_XX并去除重复元素得到差分合成阵列接收数据z_c；4将z_c划分为多个子阵接收数据，计算每个子阵接收数据的协方差矩阵并进行前后向平滑平均得到秩恢复数据协方差矩阵R_SS；5对R_SS进行特征值分解，得到波达方向估计角度。本发明在同等条件下具有孔径大，自由度高，波达方向估计测角性能好的优点，可用于雷达目标信号检测或功率估值。

主权项

一种基于嵌套式最小冗余阵列的波达方向估计方法，包括1)构造嵌套式最小冗余阵列1a)给定总阵元数K，对K进行因式分解得到子阵数目N及子阵内阵元数M，得到M阵元最小冗余阵列位置矢量u_M，M阵元最小冗余阵列的自由度F_M；u_M＝[m₁,m₂,…m_i…m_M]·d 1≤i≤MF_M＝2*m_M+1其中d为入射信号的半波长，m₁,m₂,…m_i…m_M为整数,且m₁＝0，m_i表示子阵内第i个阵元位置系数；1b)计算子阵间的单元间距D＝F_M·d，得到N阵元最小冗余子阵位置矢量u_N和N阵元最小冗余子阵的自由度F_N；u_N＝[n₁,n₂,…n_j…n_N]·D 1≤j≤NF_N＝2*n_N+1其中：n₁,n₂,…n_j…n_N为整数且n₁＝0，n_j表示第j个子阵位置系数；1c)用上述参数u_N、u_M、D和F_M、F_N计算嵌套式最小冗余阵列位置矢量v和嵌套式最小冗余阵列的自由度F_v：$v=u_N\⊕u_M=\{n_j\·D+m_i\·d\}=\[p_1,p_2...p_k...p_S\]\·d,k=1,2...S;$F_v＝F_M·F_N其中符号表示交叉求和；S＝M·N表示嵌套式最小冗余阵列NMRA的总阵元数；p_k表示套式最小冗余阵列NMRA第k个阵元的位置系数；1d)根据嵌套式最小冗余阵列位置矢量v，得到第k个阵元距离参考阵元的间距p_k·d，从而确定嵌套式最小冗余阵列NMRA所有共S个阵元的位置，得到嵌套式最小冗余阵列NMRA。2)根据嵌套式最小冗余阵列NMRA，得到嵌套式最小冗余阵列的接收数据X(t)；3)根据阵列接收数据X(t)估计嵌套式最小冗余阵列的协方差矩阵R_XX，向量化该协方差矩阵R_XX得到向量化接收数据z_ct，去除z_ct中重复的元素，得到虚拟的差分合成阵列接收数据z_c；R_XX＝E[X(t)X^H(t)]，z_ct＝vec(R_XX)，z_c＝Dis(z_ct)其中E表示求数学期望；(·)^H表示共轭转置；vec表示矩阵的向量化操作；Dis表示去除向量中重复元素的操作，t:表示采样时间t＝1,2...,T，T:表示快拍数；4)将差分合成阵列接收数据z_c划分为l_c个子阵接收数据，第i个子阵接收数据表示为z_ci，i＝1,2,…l_c，计算第i个子阵的协方差矩阵R_i，并对该R_i进行前后向平滑平均，得到秩恢复的数据协方差矩阵R_SS，其中l_c表示子阵的个数，F_v表示嵌套式最小冗余阵列的自由度；5)根据R_SS估计出空间谱函数S(θ)，计算S(θ)中Q个极大值S(θ_q)，S(θ_q)对应的角度θ_q即为波达方向。其中，θ_q表示第q个入射信号的入射角，q＝1,2…Q，Q表示入射信号的总个数。