一種任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2d-doa分離算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)領(lǐng)域，特別涉及一種任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D -DOA分離算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在雷達(dá)領(lǐng)域中，確定DOA(Direction Of Arrival，波達(dá)方向）一直是研宄的重要課 題。
[0003] 在現(xiàn)有的技術(shù)中，常用的有最大似然和MUSIC(Multiple Signal Classification,多信號(hào)分類(lèi)）和 ESPRIT(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques，借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估算信號(hào)參數(shù)）方法，其中ESPRIT 通過(guò)計(jì)算閉式解的方法，就可以得到信源的方位角和俯仰角兩個(gè)重要參數(shù)，從而完成對(duì)DOA 的估計(jì)，不需像最大似然和MUSIC方法那樣要經(jīng)過(guò)對(duì)譜峰進(jìn)行搜索，可以顯著降低相關(guān)數(shù) 據(jù)的計(jì)算量和存儲(chǔ)量。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題：
[0005] 作為其中較為優(yōu)秀的方法，ESPRIT算法因構(gòu)造旋轉(zhuǎn)不變性子陣而容易造成的陣列 孔徑損失，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)DOA進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D - DOA 分離算法，所述任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D - DOA分離算法，包括：
[0007] 部署用于接收信源的原始接收陣列；
[0008] 根據(jù)所述原始接收陣列，構(gòu)建21組與所述原始接收陣列結(jié)構(gòu)相同的虛擬接收陣 列；
[0009] 通過(guò)所述原始接收陣列接收到的原始信號(hào)矢量為X(l(t)，通過(guò)所述21組虛擬接收 陣列接收到的虛擬信號(hào)矢量為X k(t)，對(duì)所述虛擬信號(hào)矢量Xk(t)進(jìn)行虛擬內(nèi)插變換，得到 虛擬變換因子Bk;
[0010] 基于所述虛擬變換因子Bk，對(duì)所述原始信號(hào)矢量和所述虛擬信號(hào)矢量進(jìn)行疊加合 并運(yùn)算，得到虛實(shí)矩陣X ;
[0011] 對(duì)所述虛實(shí)矩陣X的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，獲取旋轉(zhuǎn)不變因子矩陣對(duì)應(yīng)的 特征值Dp;
[0012] 對(duì)所述虛實(shí)矩陣X中的參數(shù)φ進(jìn)行反解，得到信源相對(duì)于所述原始接收陣列的俯 仰角數(shù)值，在所述俯仰角對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)根據(jù)MUSIC算法進(jìn)行一維搜索，確定所述信源相對(duì) 于所述原始接收陣列的方位角數(shù)值。
[0013] 可選的，所述根據(jù)所述原始接收陣列，構(gòu)建21組與所述原始接收陣列結(jié)構(gòu)相同的 虛擬接收陣列，包括：
[0014] 令所述原始接收陣列中心的位置作為X - 0 - Y平面的原點(diǎn)，使得所述原始接收陣 列中的所述陣元均位于所述X - 〇 - Y平面內(nèi)，構(gòu)建X - Y - Z空間坐標(biāo)系；
[0015] 在所述X - Y - Z空間坐標(biāo)系內(nèi)，沿Z軸的正方向構(gòu)建L組與所述原始陣列結(jié)構(gòu)相 同的虛擬接收陣列，沿Z軸負(fù)方向構(gòu)建L組與所述原始陣列結(jié)構(gòu)相同的虛擬接收陣列。
[0016] 可選的，所述基于所述虛擬變換因子Bk，對(duì)所述原始信號(hào)矢量和所述虛擬信號(hào)矢 量進(jìn)行疊加合并運(yùn)算，得到虛實(shí)矩陣X，包括：
[0017] 所述原始信號(hào)矢量為X(l(t) = ApaHnJt)，每個(gè)所述虛擬信號(hào)矢量為xk(t)= BkA0S (t)+Ii1 (t) = B^1A0Oms (t)+nk(t)；
[0018] 對(duì)所述原始信號(hào)矢量和21個(gè)所述虛擬信號(hào)矢量進(jìn)行求和運(yùn)算，得到 Ε -Φ2?-1 χΣ=χ^ +·· + ··+ xM =B ,A0-s+n = AvS + n，結(jié)合 XfX1 的運(yùn)算結(jié)果，得 Ε -Φ ^ 到疊加求和運(yùn)算的結(jié)果即虛實(shí)矩K
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D -DOA分離算法，其特征在于，所述任意陣接收對(duì)稱(chēng) 虛擬變換2D - DOA分離算法，包括： 部署用于接收信源的原始接收陣列； 根據(jù)所述原始接收陣列，構(gòu)建21組與所述原始接收陣列結(jié)構(gòu)相同的虛擬接收陣列； 通過(guò)所述原始接收陣列接收到的原始信號(hào)矢量為Xtl (t)，通過(guò)所述21組虛擬接收陣列 接收到的虛擬信號(hào)矢量為Xk(t)，對(duì)所述虛擬信號(hào)矢量Xk(t)進(jìn)行虛擬內(nèi)插變換，得到虛擬 變換因子B k; 基于所述虛擬變換因子Bk，對(duì)所述原始信號(hào)矢量和所述虛擬信號(hào)矢量進(jìn)行疊加合并運(yùn) 算，得到虛實(shí)矩陣X ; 對(duì)所述虛實(shí)矩陣X的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，獲取旋轉(zhuǎn)不變因子矩陣對(duì)應(yīng)的特征 值Dp; 結(jié)合所述特征值Dp，對(duì)所述虛實(shí)矩陣X中進(jìn)行反解，得到所述信源相對(duì)于所述原始接收 陣列的俯仰角數(shù)值，在所述俯仰角對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)根據(jù)MUSIC算法進(jìn)行一維搜索，確定所述 信源相對(duì)于所述原始接收陣列的方位角數(shù)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D - DOA分離算法，其特征在于， 所述根據(jù)所述原始接收陣列，構(gòu)建21組與所述原始接收陣列結(jié)構(gòu)相同的虛擬接收陣列，包 括： 令所述原始接收陣列中心的位置作為X - 〇 - Y平面的原點(diǎn)，使得所述原始接收陣列中 的所述陣元均位于所述X - 0 - Y平面內(nèi)，構(gòu)建X - Y - Z空間坐標(biāo)系； 在所述X - Y - Z空間坐標(biāo)系內(nèi)，沿Z軸的正方向構(gòu)建L組與所述原始陣列結(jié)構(gòu)相同的 虛擬接收陣列，沿Z軸負(fù)方向構(gòu)建L組與所述原始陣列結(jié)構(gòu)相同的虛擬接收陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D -DOA分離算法，其特征在于，其 特征在于，所述基于所述虛擬變換因子Bk，對(duì)所述原始信號(hào)矢量和所述虛擬信號(hào)矢量進(jìn)行 疊加合并運(yùn)算，得到虛實(shí)矩陣X，包括： 所述原始信號(hào)矢量為Xtl⑴zApaHnJt)，每個(gè)所述虛擬信號(hào)矢量為xk(t)= BkA0S (t)+? (t) = B^1A0Oms (t)+nk(t)； 對(duì)所述原始信號(hào)矢量和21個(gè)所述虛擬信號(hào)矢量進(jìn)行求和運(yùn)算，得到 χΣ=χ_; + ·· + ··+ χΜ =Β_;Α0 -~+ n = A2S + η，結(jié)合 X^-X1 的運(yùn)算結(jié)果，得到 Ε-Φ 疊加求和運(yùn)算的結(jié)果即虛實(shí)矩陣X= χχ"!χ; = Αγ(會(huì)Σ_Φ)8 + Ν = Μ + Ν，其中， Φ = ε々一、
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D -DOA分離算法，其特征在于，其 特征在于，對(duì)所述虛實(shí)矩陣X的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，獲取旋轉(zhuǎn)不變因子矩陣對(duì)應(yīng) 的特征值D p，包括： 獲取所述虛實(shí)矩陣X的協(xié)方差矩陣，對(duì)所述虛實(shí)矩陣X的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解， 得到虛實(shí)信號(hào)子空間Usl、Us2; 根據(jù)所述虛實(shí)信號(hào)子空間usl、us2的旋轉(zhuǎn)不變關(guān)系求得旋轉(zhuǎn)不變因子矩陣，獲取所述旋 轉(zhuǎn)不變因子矩陣的特征值Dp。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D -DOA分離算法，其特征在于，其 特征在于，對(duì)所述虛實(shí)矩陣X中的參數(shù)Φ進(jìn)行反解，得到信源相對(duì)于所述原始接收陣列的 俯仰角數(shù)值，在所述俯仰角對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)根據(jù)MUSIC算法進(jìn)行一維搜索，確定所述信源相 對(duì)于所述原始接收陣列的方位角數(shù)值，包括： 對(duì)所述虛實(shí)矩陣中X的參數(shù)Φ進(jìn)行反解，得到信源相對(duì)于所述原始接收陣列的俯仰角 數(shù)值 βρ= acos((-angle(l-Dp)*A/2/ji/d))*180/3T，其中 angle( ·)表示取復(fù)數(shù)?的復(fù) 角主值； 在該俯仰角數(shù)值對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)，根據(jù)MUSIC算法進(jìn)行一維搜索，確定所述信源相對(duì)于 所述原始接收陣列的方位角數(shù)值。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種任意陣接收對(duì)稱(chēng)虛擬變換2D‐DOA分離算法,屬于雷達(dá)領(lǐng)域。所述發(fā)明包括通過(guò)構(gòu)建的原始接收陣列，將該原始接收陣列在三維空間中進(jìn)行虛擬處理，得到若干與原始接收矩陣結(jié)構(gòu)相同的虛擬接收陣列，進(jìn)而分別通過(guò)原始接收陣列和虛擬接收陣列進(jìn)行信源的接收，使用了雙線(xiàn)對(duì)稱(chēng)虛擬變換的形式，對(duì)虛擬子陣接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并運(yùn)算，最終根據(jù)接收到的信號(hào)矢量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理結(jié)果得到信源相對(duì)于原始接收陣列的方位角和俯仰角，從而完成對(duì)信源方位的準(zhǔn)確測(cè)定。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，抵消了因構(gòu)造旋轉(zhuǎn)不變性子陣而容易造成的陣列孔徑損失，提升信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。
【IPC分類(lèi)】G01S3-74
【公開(kāi)號(hào)】CN104833947
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510158443
【發(fā)明人】聶衛(wèi)科, 徐楷杰, 馮大政, 陳曉江
【申請(qǐng)人】西北大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月3日