一种基于子空间关系的阵列超分辨测向方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114325565A(43)申请公布日2022.04.12(21)申请号202111616307.0(22)申请日2021.12.27(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人叶中付(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人安丽(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称一种基于子空间关系的阵列超分辨测向方法(57)摘要本发明涉及一种基于子空间关系的阵列超分辨测向方法，在从阵列协方差矩阵里获得信号子空间和噪声子空间后，首先构建衡量扫描方向矢量与信号子空间关系的目标函数；第二，构建衡量扫描方向矢量与噪声子空间关系的目标函数；第三，形成扫描方向矢量与信号子空间加权关系的目标函数；第四，形成扫描方向矢量与噪声子空间加权关系的目标函数；第五，构建超分辨测向目标函数；第六，引入可变加权，形成空间谱图，估计信号入射方向角度。本发明综合利用信号方向矢量与信号子空间等价关系、信号子空间和噪声子空间正交关系，能够获得超高的信号方向测向分辨率。CN114325565ACN114325565A权利要求书1/3页1.一种基于子空间关系的阵列超分辨测向方法，M元阵列接收空间不同入射方向角度θ1、θ2、...、θL的L个远场窄带信号，以下简称信号，L小于M，各信号均为零均值且互不相关，M元阵列中的各阵元噪声是加性独立同分布零均值白噪声，各信号与各阵元噪声互不相关；对阵列接收数据进行预处理，包括：估计出阵列的M×M维协方差矩阵对该协方差矩阵进行特征分解，其M个特征值从大到小排列为λ1,λ2,…,λL,λL+1,λL+2,…,λM，λ1,λ2,…,λL,λL+1,λL+2,…,λM对应的特征矢量分别为e1,e2,…,eL,eL+1,eL+2,…,eM，获得M×L维信号子空间Es＝[e1,e2,…,eL]及其对应的L×L维信号特征值矩阵Λs＝diag{λ1,λ2,…,λL}，获得M×(M‑L)维噪声子空间En＝[eL+1,eL+2,…,eM]及其对应的(M‑L)×(M‑L)维噪声特征值矩阵Λn＝diag{λL+1,λL+2,…,λM}，Es和En是正交的，其中，下标s和n分别是区分信号和噪声的符号，diag{}为对角矩阵算子，上标H是矩阵的共轭转置算子；其特征在于：还包括如下步骤：步骤1、基于信号方向矢量属于信号子空间，其它扫描方向矢量不完全属于或不属于信号子空间的性质，构建衡量扫描方向矢量与信号子空间关系的目标函数；步骤2、利用信号方向矢量不属于噪声子空间、其它扫描方向矢量属于或不完全属于噪声子空间的性质，构建衡量扫描方向矢量与噪声子空间关系的目标函数；步骤3、对步骤1构建的扫描方向矢量与信号子空间关系的目标函数进行加权处理，形成扫描方向矢量与信号子空间加权关系的目标函数；步骤4、对步骤2构建的扫描方向矢量与噪声子空间关系的目标函数进行加权处理，形成扫描方向矢量与噪声子空间加权关系的目标函数；步骤5、根据步骤3的扫描方向矢量与信号子空间加权关系的目标函数和步骤4的扫描方向矢量与噪声子空间加权关系的目标函数，引入可变加权，构建超分辨测向目标函数；步骤6、在入射方向角度范围内，计算超分辨测向目标函数的值，形成空间谱图，空间谱图的L个极大值所对应的角度即信号入射方向角度。2.根据权利要求1所述的基于子空间关系的阵列超分辨测测向方法，其特征在于：所述步骤1包括如下步骤：步骤11、根据阵列结构生成对应入射方向角度为θ的扫描方向矢量a(θ)，||||2是矢量l2范数算子；步骤12、基于阵列接收数据进行预处理得到的信号子空间Es，构建如下的衡量扫描方向矢量a(θ)与信号子空间Es关系的目标函数Fs(θ)：对于信号入射方向角度θ1、θ2、...、θL，信号方向矢量a(θ1)、a(θ2)、…、a(θL)在信号子空间Es中，Fs(θ1)、Fs(θ2)、…、Fs(θL)取得极大值；对于其它入射方向角度θ，扫描方向矢量a(θ)不完全在信号子空间Es中，甚至在噪声子空间En中，Fs(θ)值变小甚至为0。3.根据权利要求2所述的基于子空间关系的阵列超分辨测向方法，其特征在于：所述步骤2包括如下步骤：基于预处理得到的噪声子空间En，构建如下的衡量扫描方向矢量a(θ)与噪声子空间En关系的目标函数Fn(θ)：2CN114325565A权利要求书2/3页对于信号入射方向角度θ1、θ2、...、θL，信号方向矢量a(θ1)、a(θ2)、…、a(θL)在信号子空间Es中，与噪声子空间En正交，Fn(θ1)、Fn(θ2)、…、Fn(θL)取值为0；对于其它入射方向角度θ，扫描方向矢量a(θ)