本申請涉及陣列感器，特別是涉及一種基于非均勻線陣的doa估計方法、裝置、計算機設(shè)備、介質(zhì)和產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、波達方向（direction?of?arrival，doa）估計是陣列信號處理中的一個重要研究內(nèi)容，旨在確定源信號相對于接收陣列的方向。例如，在雷達、聲吶等系統(tǒng)中，通過接收目標發(fā)射的信號，利用doa估計技術(shù)確定目標相對于接收天線陣列或者傳感器陣列的方位角、俯仰角等方向信息。

2、目前，在doa估計的理論模型構(gòu)建中，通常假設(shè)陣元之間是相互獨立的，然而，在一個天線陣列中，當(dāng)陣元間距較小時，陣元之間的電磁場會相互影響，從而產(chǎn)生互耦現(xiàn)象，互耦效應(yīng)會導(dǎo)致實際的陣列響應(yīng)與理想情況下的陣列響應(yīng)不同，進而導(dǎo)致模型與實際情況的不匹配，影響doa估計的準確性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種能夠精確獲取doa估計的基于非均勻線陣的doa估計方法、裝置、計算機設(shè)備、介質(zhì)和產(chǎn)品。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N基于非均勻線陣的doa估計方法，包括：

3、建立源信號與非均勻線陣的信號模型；

4、根據(jù)陣元間的間距關(guān)系，將非均勻線陣劃分成多個子陣列，并按照預(yù)設(shè)采樣順序，依次采集采樣順序?qū)?yīng)的目標子陣列的子陣信號；每一采樣順序?qū)?yīng)的目標子陣列處于正常工作狀態(tài)，除目標子陣列外的其他子陣列處于非工作狀態(tài)；

5、根據(jù)信號模型和所有子陣信號建立信號協(xié)方差矩陣，對信號協(xié)方差矩陣中的每個元素進行近似處理，得到近似協(xié)方差矩陣；

6、確定近似協(xié)方差矩陣的索引位置，根據(jù)所有的索引位置對近似協(xié)方差矩陣進行求解，得到目標協(xié)方差矩陣；

7、對目標協(xié)方差矩陣進行特征分解，并基于特征分解的結(jié)果進行doa估計。

8、在其中一個實施例中，建立源信號與非均勻線陣的信號模型的步驟，包括：

9、根據(jù)非均勻線陣的陣元位置和陣列工作波長，確定各源信號對應(yīng)的doa表達式，并根據(jù)所有源信號對應(yīng)的doa表達式確定陣列信號表達式，信號表達式用于表征在不存在互耦效應(yīng)的情況下接收到的理想陣列信號；

10、在存在互耦效應(yīng)的情況下，建立互耦矩陣，根據(jù)互耦矩陣和陣列信號表達式，建立信號模型，信號模型表征在存在互耦效應(yīng)的情況下接收到的陣列信號。

11、在其中一個實施例中，根據(jù)陣元間的間距關(guān)系，將非均勻線陣劃分成多個子陣列的步驟，包括：

12、根據(jù)非均勻線陣的工作波長確定互耦范圍；

13、按照互耦范圍將非均勻線陣劃分成多個子陣列，各子陣列中的陣元間相互不存在互耦效應(yīng)。

14、在其中一個實施例中，對信號協(xié)方差矩陣中的每個元素進行近似處理，得到近似協(xié)方差矩陣的步驟，包括：

15、針對信號協(xié)方差矩陣中的每一個元素，通過貝塞爾函數(shù)對元素進行分解，得到元素對應(yīng)的貝塞爾組合表達式；

16、確定元素對應(yīng)的逼近項數(shù)，按照逼近項數(shù)將貝塞爾組合表達式轉(zhuǎn)換為近似表達式，得到對應(yīng)的近似協(xié)方差矩陣。

17、在其中一個實施例中，根據(jù)所有的索引位置對近似協(xié)方差矩陣進行求解，得到目標協(xié)方差矩陣的步驟，包括：

18、根據(jù)近似協(xié)方差矩陣的矩陣結(jié)構(gòu)，建立目標函數(shù)，目標函數(shù)包括矩陣的跡、正則化參數(shù)和矩陣的范數(shù)；

19、根據(jù)索引位置確定約束條件；

20、在約束條件下，對目標函數(shù)進行求解，得到目標協(xié)方差矩陣。

21、在其中一個實施例中，對目標協(xié)方差矩陣進行特征分解，并基于特征分解的結(jié)果進行doa估計的步驟，包括：

22、對目標協(xié)方差矩陣進行特征分解，得到信號子空間特征和噪聲子空間特征；

23、基于信號子空間特征和噪聲子空間特征，建立空間譜函數(shù)；

24、根據(jù)空間譜函數(shù)的峰值，確定源信號的doa。

25、第二方面，本申請還提供了一種基于非均勻線陣的doa估計裝置，包括：

26、模型建立模塊，用于建立源信號與非均勻線陣的信號模型；

27、線陣劃分模塊，用于根據(jù)陣元間的間距關(guān)系，將非均勻線陣劃分成多個子陣列，并按照預(yù)設(shè)采樣順序，依次采集采樣順序?qū)?yīng)的目標子陣列的子陣信號；每一采樣順序?qū)?yīng)的目標子陣列處于正常工作狀態(tài)，除目標子陣列外的其他子陣列處于非工作狀態(tài)；

28、矩陣計算模塊，用于根據(jù)信號模型和所有子陣信號建立信號協(xié)方差矩陣，對信號協(xié)方差矩陣中的每個元素進行近似處理，得到近似協(xié)方差矩陣；

29、矩陣求解模塊，用于確定近似協(xié)方差矩陣的索引位置，根據(jù)所有的索引位置對近似協(xié)方差矩陣進行求解，得到目標協(xié)方差矩陣；

30、doa估計模塊，用于對目標協(xié)方差矩陣進行特征分解，并基于特征分解的結(jié)果進行doa估計。

31、第三方面，本申請還提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，存儲器存儲有計算機程序，處理器執(zhí)行計算機程序時實現(xiàn)第一方面中任意一項的方法步驟。

32、第四方面，本申請還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)第一方面中任意一項的方法步驟。

33、第五方面，本申請還提供了一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)第一方面中任意一項的方法步驟。

34、上述基于非均勻線陣的doa估計方法、裝置、計算機設(shè)備、介質(zhì)和產(chǎn)品，通過建立源信號與非均勻線陣的信號模型，根據(jù)陣元間的間距關(guān)系，將所述非均勻線陣劃分成多個子陣列，根據(jù)所述信號模型和所有子陣信號建立信號協(xié)方差矩陣，對所述信號協(xié)方差矩陣中的每個元素進行近似處理，得到近似協(xié)方差矩陣，可以在一定程度上抑制噪聲對信號處理的影響，在最終進行doa估計時，能夠更準確地從噪聲背景下提取出信號的方向信息，提高doa估計的準確性。另外，通過按照預(yù)設(shè)采樣順序，依次采集所述采樣順序?qū)?yīng)的目標子陣列的子陣信號，每次只有部分子陣列工作，可以減少硬件設(shè)備同時工作的數(shù)量，從而降低硬件復(fù)雜度，同時，通過簡單的空-時互斥采樣，可實現(xiàn)互耦效應(yīng)的抑制，從而有效降低運算過程的復(fù)雜度，提高響應(yīng)速度。

技術(shù)特征：

1.一種基于非均勻線陣的doa估計方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立源信號與非均勻線陣的信號模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)陣元間的間距關(guān)系，將所述非均勻線陣劃分成多個子陣列，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述信號協(xié)方差矩陣中的每個元素進行近似處理，得到近似協(xié)方差矩陣，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所有的索引位置對所述近似協(xié)方差矩陣進行求解，得到目標協(xié)方差矩陣，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述目標協(xié)方差矩陣進行特征分解，并基于特征分解的結(jié)果進行doa估計，包括：

7.一種基于非均勻線陣的doa估計裝置，其特征在于，所述裝置包括：

8.一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法的步驟。

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法的步驟。

10.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種基于非均勻線陣的DOA估計方法、裝置、計算機設(shè)備、介質(zhì)和產(chǎn)品。所述方法包括：建立源信號與非均勻線陣的信號模型，根據(jù)陣元間的間距關(guān)系，將非均勻線陣劃分成多個子陣列，并按照預(yù)設(shè)采樣順序，依次采集采樣順序?qū)?yīng)的目標子陣列的子陣信號，根據(jù)信號模型和所有子陣信號建立信號協(xié)方差矩陣，對信號協(xié)方差矩陣中的每個元素進行近似處理，得到近似協(xié)方差矩陣，確定近似協(xié)方差矩陣的索引位置，根據(jù)所有的索引位置對近似協(xié)方差矩陣進行求解，得到目標協(xié)方差矩陣，對目標協(xié)方差矩陣進行特征分解，并基于特征分解的結(jié)果進行DOA估計。采用本方法能夠更準確地從噪聲背景下提取出信號的方向信息，提高DOA估計的準確性。

技術(shù)研發(fā)人員：付榮,曾夢姣,胡為民,朱佳,余杰,文方青,余梅,肖碧波,曹少龍,顧中銘,張怡,陳慧
受保護的技術(shù)使用者：國網(wǎng)湖北省電力有限公司宜昌供電公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6