基于移动和差互质阵空洞填充的信号定位算法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115902764A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211628500.0(22)申请日2022.12.17(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市雁塔区太白南路2号申请人陕西理工大学(72)发明人王兰美王翔宇卢超王桂宝王新宽孙长征(51)Int.Cl.G01S3/74(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书4页说明书12页附图6页(54)发明名称基于移动和差互质阵空洞填充的信号定位算法(57)摘要本发明是在和差互质阵列信号的处理基础上，利用稀疏阵列运动可以增加可实现的自由度和连续虚拟阵元的数量，减少了虚拟阵列空洞，进一步增大阵列自由度，令算法计算量降低，实现高精度信源定位；对移动和差互质阵列接收数据的自协方差数据矩阵和互协方差数据矩阵矢量化去冗余后，重新排序得到连续虚拟阵列接收数据；将连续虚拟阵列单次快拍的接收数据进行矩阵重构后得到满秩矩阵，再对满秩矩阵进行酉变换得到实矩阵；对酉变换的数据矩阵进行特征分解得到信号子空间，最后利用ESPRIT算法求得入射方向为θk的信源的DOA估计值CN115902764ACN115902764A权利要求书1/4页1.一种移动和差互质阵列空洞填充的DOA定位算法，包含以下步骤：步骤一、布置互质阵列Sr，求互质阵列的差集Sd，非负和集和非正和集并构造得到和差互质阵列SDS，取并集得到空洞的位置和连续阵元的范围；和差互质阵列由x轴上的两个稀疏均匀线阵组成，子阵1有N个阵元，阵元间隔为Md，子阵2有M个阵元，阵元间隔为Nd，N和M互为质数；合成和差互质阵列时，子阵1和子阵2共用第一个阵元，用P表示阵元总数，P＝M+N‑1，和差互质阵列的真实阵元位置集为：Sr＝{Nmd|0≤m≤M‑1}∪{Mnd|0≤n≤N‑1}；和差互质阵列阵元位置差集Sd＝{Nmd‑Mnd|0≤n≤N‑1,0≤m≤M‑1}∪{Mnd‑Nmd|0≤n≤N‑1,0≤m≤M‑1}，非负和集非正合集和差互质阵总的虚拟阵元位置集SDS为∪表示并集，为任意，d＝λ/2，di、df表示第i和f个真实阵元的位置坐标；在和差互质阵中，当M＝2时，在{±(MN+N+aM)d|a≥0,0≤MN+N+aM≤2(N‑1)M}处无法生成虚拟阵元，存在空洞，a为大于等于零的任意整数，因此连续虚拟阵列取值范围为[‑(MN+N‑1)d,(MN+N‑1)d]；当M＞2时，在{±(MN+aM+bN)d|a≥1,b≥1,0≤MN+aM+bN≤2(N‑1)M}处无法生成虚拟阵元，a、b为大于等于1的任意整数，因此虚拟阵列连续范围为[‑(MN+M+N‑1)d,(MN+M+N‑1)d]；步骤二、将互质阵列向右移动距离d得到移动后的互质阵列，求移动后的真实阵元位置的差集非负和集非正和集互差集非负互和集非正互和集最后和SDS取并集得到空洞填充后的连续虚拟阵元；互质阵列的真实阵元向右移动距离d＝λ/2时，移动后的互质阵列真实阵元位置为：移动前和移动后的真实阵元位置并集SR为：同理求出移动后真实阵元位置的差集为非负和集非正和集为移动前真实阵元位置与移动后真实阵元位置的互差集，表示为：为移动前以及移动后真实阵元位置的非负互和集，为移动前以及移动后真实阵元位置的非正互和集，表示为：最后将得到的集合和SDS取并集得到空洞填充后的连续虚拟阵元位置集合为：将集合SS‑DS中的元素进行去冗余处理，将其升序排列，取连续均匀部分得到移动和差互2CN115902764A权利要求书2/4页质阵列中生成的虚拟阵元集合当M＝2时和差互质阵虚拟阵列中存在空洞的位置为{±(MN+N+aM)d|a≥0,0≤MN+N+aM≤2(N‑1)M}，a为大于等于零的任意整数，当M＞2时存在空洞的位置为{±(MN+aM+bN)d|a≥1,b≥1,0≤MN+aM+bN≤2(N‑1)M}，a、b为大于等于1的任意整数，当M‑N＞1或者M‑N＝1且MN+M+3N＞2(N‑1)M时，在移动和差互质阵列中生成的虚拟阵元将空洞完全填充，并且比原有阵列孔径多了d，因此虚拟阵列连续范围为[‑2(MN‑M+1)d,2(MN‑M+1)d]，自由度为4(MN‑M+1)+1，当M‑N＝1且MN+M+3N＜2(N‑1)M时有连续三个空洞，无法填充所有空洞，此时虚拟阵列连续范围为[‑(MN+M+3N‑1)d,(MN+M+3N‑1)d]；步骤三、利用步骤一布置的和差互质阵列作为接收阵列，对接收到的信号由和差优化(VectorizedConjugateAugmentedMUSIC,VCAM)算法求解得到rx(τ)和并求出数据矩阵Y和最后得到移动和差互质阵列接收数据的自协方差数据矩阵R1、R2和互协方差数据矩阵R3；利用步骤一