專利名稱：基于雙平行陣列的二維相干信號方向估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于二維波達方向的估計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙平行陣列的二維相干信號方向估計方法。
背景技術(shù)：
陣列信號處理近年來得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用涉及雷達、通信以及聲吶等眾多軍事和國民經(jīng)濟領(lǐng)域。在陣列信號處理領(lǐng)域，估計多窄帶信號入射到一個傳感器陣列上的二維波達方向的問題是關(guān)鍵技術(shù)。近來，基于簡單和特定幾何形狀的陣列的二維波達方向估計， 使用的陣列多是兩個或更多的均勻陣列，受到了研究者的特別關(guān)注，而在實際中，兩個方向角的同時估計也是需要的，特別是當(dāng)入射信號是相干時，但目前此技術(shù)方法還未能做到兩個方向角的同時估計；另一方面，一些基于特征值分解的子空間方法出現(xiàn)在二維波達方向估計中，使用兩個平行的均勻陣列，能夠?qū)崿F(xiàn)方位角和仰角的自動匹配。然而，相干信號的二維波達方向估計在這些方法中還沒有被考慮。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙平行陣列的二維相干信號方向估計方法，該方法可以高效的實施，加上利用了陣列組的幾何特性和均勻陣列的旋轉(zhuǎn)不變特性，通過子陣列平滑技術(shù)來對入射信號去相干性，并利用兩個陣列的互協(xié)方差矩陣來減輕附近噪音在零空間估計中的影響，本發(fā)明不需要特征值分解，而且避免了方位角和俯仰角之間的配對。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于雙平行陣列的二維相干信號方向估計方法，步驟如下步驟1 如附圖
所示，在水平向和縱向構(gòu)成的水平面，也即χ-y平面上，預(yù)先設(shè)置有兩個相互水平平行的均勻陣列，該兩個均勻陣列分別為第一均勻陣列和第二均勻陣列，其中第一均勻陣列帶有M個各向同性的傳感器，依次為Xl，x2, ... , %，第二均勻陣列也帶有M 個各向同性的傳感器，依次為yi，y2，...，yM，兩個均勻陣列之間的距離和每個均勻陣列中相鄰傳感器之間的距離都是d，當(dāng)有ρ個波長為λ的遠場相干信號{sk (η)}分別從{>k， 方向入射到第一個均勻陣列和第二個均勻陣列上，其中α&和βk分別是待求的遠場相干信號Isk(η)}的入射方向與水平向和縱向之間的夾角，這樣第一均勻陣列和第二均勻陣列采樣接收到的信號分別表示為式(1)和式O)y (n) = A ( α ) s (η) +wy (η)(1)χ (η) = A ( α ) D ( β ) s (η) +wx (η)(2)其中y(n) = Ly1 (η), y2 (η), . . . , yM(n)]T,χ (η) = [X1(Ii), χ2(η), . . . , χΜ(η)]τ,s(η) = [S1(η), s2(n), . .. , sp(n)]T,wy (η) = [wyl (η)，Wy2 (η)，· · ·，wyM (η) ]τ,
權(quán)利要求
1. 一種基于雙平行陣列的二維相干信號方向估計方法，其特征在于，步驟如下 步驟1 如附圖所示，在水平向和縱向構(gòu)成的水平面，也即X-y平面上，預(yù)先設(shè)置有兩個相互水平平行的均勻陣列，該兩個均勻陣列分別為第一均勻陣列和第二均勻陣列，其中第一均勻陣列帶有M個各向同性的傳感器，依次為Xl，&，...，％，第二均勻陣列也帶有M個各向同性的傳感器，依次為yi，y2，...，yM，兩個均勻陣列之間的距離和每個均勻陣列中相鄰傳感器之間的距離都是d，當(dāng)有ρ個波長為λ的遠場相干信號|>k(n)}分別從{ak，β,}方向入射到第一個均勻陣列和第二個均勻陣列上，其中^^和β k分別是待求的遠場相干信號 Isk(η)}入射到第一均勻陣列和第二均勻陣列上相對于水平方向和縱向的沿逆時針方向而測量的角度，這樣第一均勻陣列和第二均勻陣列采樣接收到的信號分別表示為式(1)和式 ⑵y (n) = A ( α ) s (η) +wy (η)(1)x(n) = A(a)D(^)s(n)+wx(n) (2) 其中 y(n) = [y^n), y2(η), . . . , yM(n)]T, χ (n) = [X1 (η), x2 (η), . . . , xM (n) ]T, s (n) = [S1 (η), s2 (η), . . . , sp (n) ]T, wy (n) = [wyl (η), wy2 (η), . . . , wyM(n) ]T, wx (n) = [wxl (η), wx2 (η), . . . , wxM(n) ]T, A (a) = [a ( α D，a ( α 2)，. . .，a ( α p)]， a(ak) = [\,e^ ,...,eKM-l)^f ,D(p) = diag(e}7\e}r\...,e]r^,Y1 (n)，y2(n)，...，yM(n)分別表示第二均勻陣列的依次為y2，...，yM的各向同性的傳感器的采樣信號，X1 (η) ,χ2 (η),..., χΜ(ιι)分別表示第一均勻陣列的依次為Xl，&，. . .，％ 的各向同性的傳感器的采樣信號，Tk = 2JidC0Sak/X，Yk = 2JidCOsi3k/X，p禾口M均為大于等于1的自然數(shù)且M彡2p，η為信號采樣數(shù)目，wyl (η)，wy2 (η)，. . .，wyM (η)分別表示加入 Yi (η), γ2(η), ... , yM (η)的噪音干擾信號，wxl (η), wx2 (η), . . . , wxM (η)分別表示加入 X1 (η)， χ2 (η),..., χΜ (η)的噪音干擾信號，k為小于等于ρ的自然數(shù)；步驟2 估計相對y軸的角度ak，即將這兩個均勻陣列首先分成ρ個重疊的子陣列，其中每個子陣列包含m = M-p+1個陣元，第1個子陣列的采樣信號表示為第1個子陣列的第二均勻子陣列采樣信號Y1 (η) = [Yl (η)，y1+1 (η)，. . .，Y1^1 (η) ]τ和第1個子陣列的第一均勻子陣列采樣信號&(11) = [A(Ii)^w (n)，...，At1 (η)]τ，然后導(dǎo)出第一互協(xié)方差矩陣Α;Ι、 第二互協(xié)方差矩陣代#，第三互協(xié)方差矩陣和第四互協(xié)方差矩陣Iw四個mXM的互協(xié)方差矩陣，分別如式(3)、式(4)、式(5)和式(6)所示 RyiX=E{yi(n)xH(n)} (3)= A{a)Dll{a)RsD*{p)AH{a) Rxiy=(η)} (4)=A(a)D11 (a)D(β)RsAh (a) ryix =e{jj1(ti)xt {η)} (5)
全文摘要
一種基于雙平行陣列的二維相干信號方向估計方法，通過利用兩個線陣之間的互協(xié)方差矩陣，和陣列的幾何特性及均勻線陣的旋轉(zhuǎn)不變特性來求解兩個方位角，并且不需要同時求解兩個方位角，在計算上節(jié)省了時間，加上利用了陣列組的幾何特性和均勻陣列的旋轉(zhuǎn)不變特性，通過子陣列平滑技術(shù)來對入射信號去相關(guān)化，并利用兩個陣列的互協(xié)方差矩陣來減輕附近噪音在零空間估計中的影響，本發(fā)明不需要特征值分解，而且避免了方位角和俯仰角之間的配對。
文檔編號G01S3/14GK102385049SQ20111022806
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者左煒亮, 王光敏, 辛景民, 鄭南寧 申請人:西安交通大學(xué)