用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116027258A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202211636328.3(22)申请日2022.12.20(71)申请人南京工业职业技术大学地址210023江苏省南京市栖霞区仙林大学城羊山北路1号(72)发明人弓盼骆静李敏(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249专利代理师吴玥(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图4页(54)发明名称用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法(57)摘要本发明公开了一种展开互质线阵中的无自由度损失的改进求根角度估计方法，步骤1,建立展开互质线阵的阵列结构模型以及信号模型；步骤2,构建两个子阵列的阵元位置集合，分别表示出来；步骤3,构造选择矩阵，计算展开互质线阵的协方差矩阵，再对其进行特征值分解；步骤4,构造谱峰搜索函数并根据选择矩阵改写谱峰搜索函数；步骤5,进行多项式求根，得到最终角度估计值，并且能够获得整个阵列的自由度。通过重构矩阵以及矩阵转换，解决了一般求根MUSIC算法大大降低自由度的缺陷，能够完全的利用整个阵列的自由度，提高了工程应用性以及角度估计过程中的便利性，使其实际应用性更强。CN116027258ACN116027258A权利要求书1/3页1.用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立展开互质线阵的阵列模型以及接收信号模型；2)建立展开互质线阵中两个子阵的阵元位置集合，并分别表示出来；3)构造选择矩阵，计算展开互质线阵的协方差矩阵，再对协方差矩阵进行特征值分解；4)构造谱峰搜索函数并根据选择矩阵改写谱峰搜索函数；5)进行多项式求根，得到最终信源角度估计，并且能够获得所述展开互质线阵的自由度。2.如权利要求1所述的用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法，其特征在于，步骤1)中：所述阵列模型包括子阵1和子阵2，所述子阵1含有M1个阵元，所述子阵2含有M2个阵元，其中M1和M2互为互质整数，且M1＞M2，所述子阵1和所述子阵2在(0,0)点重合，所述子阵1的阵元间距为d1＝M2λ/2，所述子阵2的阵元间距为d2＝M1λ/2，其中λ表示波长；假设有K个非相关的窄带远场信号入射到所述阵列模型中，则有所述接收信号模型为：xco(t)＝Acos(t)+nco(t)(1)其中K为信源数且K＜min{M1,M2}，窄带远场信号的入射角度为Θ＝[θ1,θ2,…,θK]，θk为第k个窄带远场信号的入射角度，k为参数且k＝1,2,…,K；表示展开互质线阵中第k个窄带远场信号入射的方向矢量，且表示展开互质线阵的阵列流矩阵，且s(t)＝[s1(t),…,sK(t)]表示入射信源，其中，t＝1,2,…,L，L表示快拍数；nco(t)为均值为0方差为的加性、白高斯噪声矢量，且独立于信源。3.如权利要求2所述的用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法，其特征在于，步骤2)中：所述子阵1和子阵2的阵元位置集合分别为：其中p和q分别是子阵1和子阵2中的任意阵元的坐标位置；展开互质线阵的阵元位置集合则表示为：其中Di表示展开互质线阵中的第i个阵元的位置；将所述展开互质线阵看作是一个由阵元间距为半波长λ/2的阵元补全的均匀线阵，获取所述均匀线阵的阵元位置集合：2CN116027258A权利要求书2/3页其中，pfull表示整个展开互质线阵中，首尾阵元所在位置集合补全为均匀线阵的集合；所述均匀线阵的阵列流矩阵为：其中：是所述均匀线阵第k个信号的导向矢量。4.如权利要求3所述的用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法，其特征在于，步骤3)中展开互质线阵的阵列流矩阵Aco、选择矩阵Τco和均匀线阵的阵列流矩阵Afull之间满足：Aco＝ΤcoAfull(7)将所述展开互质线阵的协方差矩阵表示为：协方差矩阵的估计值表示为：其中，xco(t)为公式(1)中的接收信号；对协方差矩阵进行特征值分解，特征分解后可以得到，其中，Us,co为由对应K个最大特征值的特征矢量构成的信号子空间，Λs,co是由K个最大特征值构成的对角矩阵，Un,co为其余特征矢量构成的噪声子空间，Λn,co为其余特征值构成的对角矩阵。5.如权利要求4所述的用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法，其特征在于，步骤4)中：获取多重信号分类谱函数：通过选择矩阵，将多重信号分类谱函数改写为：其中参数6.如权利要求5所述的用于展开互质线阵中无自由度损失的求根角度估计方法，其特征在于，步骤5)的实现过程为：令其中参数z＝e‑jπsinθ；将式子(12)转化为：3CN116027258A权利要求书3/