一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法.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CN113391261A(43)申请公布日2021.09.14(21)申请号202110764426.4(22)申请日2021.07.06(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市江宁区将军大道29号(72)发明人曾浩威赖欣张小飞(74)专利代理机构北京华沛德权律师事务所11302代理人马苗苗(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法，该方法将DFT谱粗估计与泰勒展开精估计联合对虚拟化信号进行处理，实现了快速DOA估计。本发明通过增广互质阵列对接收信号进行采样，计算接收信号的协方差矩阵，并对其进行矢量化操作和去冗余操作得到虚拟化均匀阵列的接收信号；再通过DFT谱搜索的方法进行DOA粗估计，最后用泰勒展开方法进行精确的DOA估计。本发明的优势在于可有效避免传统DFT方法精估计过程中复杂的相位搜索过程，直接将DFT粗估计结果代入到泰勒展开式中求解高精度的DOA估计，计算成本更低；在阵列尺寸较大时，能获得比传统DFT方法精度更高的DOA估计，具有重要的实用价值。CN113391261ACN113391261A权利要求书1/1页1.一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1)，设置天线阵列，通过增广互质阵列对接收信号进行采样；步骤2)，计算接收信号的协方差矩阵，并对其进行矢量化操作，对矢量化后的协方差矩阵进行排序，去除非连续的冗余部分后得到虚拟化阵列的接收信号矢量；步骤3)，由虚拟化均匀阵列的接收信号矢量构造DFT谱，搜索谱峰并计算得到DOA粗估计结果；步骤4)，将DFT粗估计结果代入泰勒展开式，并通过总体最小二乘方法求解得到精确的DOA估计值。2.根据权利要求1所述的一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法，其特征在于，所述步骤3)中DFT谱，该空间谱由矢量化和去冗余之后的虚拟均匀阵列的接收信号矢量经DFT变换后得到。3.根据权利要求1所述的一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法，其特征在于，所述步骤4)中求解泰勒展开式，该式由原信号接收模型的泰勒级数展开得到，并采用总体最小二乘法进行求解。4.根据权利要求1所述的一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法，其特征在于，所述步骤4)中算法具有复杂度低的特点，能够快速实现DOA估计。2CN113391261A说明书1/6页一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法技术领域[0001]本发明涉及阵列信号处理技术领域，尤其涉及一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法。背景技术[0002]阵列信号处理由于抗干扰能力强、信号增益高、方向分辨力强等优点在近二十多年来发展迅猛，并在雷达、通信、卫星导航和声呐等众多领域获得了广泛的应用。阵列信号处理主要研究自适应波束形成和高分辨率波达方向估计(DOA)。传统DOA估计方法例如MUSIC方法、ESPRIT算法等，在阵列规模比较大时，算法复杂度都比较高，而在稀疏阵列中若是直接应用，更是会由于阵元间距大于入射信号半波长而失效。[0003]增广互质阵列是一种稀疏阵列，在应用传统DFT方法时，会先通过虚拟化方法将稀疏阵列接收信号虚拟化为阵元数目扩展的均匀阵列接收信号，虽然对比MUSIC，ESPRIT算法，DFT算法的复杂度大大降低了，但是其精估计过程中的相位旋转过程仍然具有较高复杂度，并且在扩展的虚拟均匀阵列阵元数较高的情况下，其算法精度相比较DFT粗估计并未明显提升。[0004]针对以上问题，研究一种高精度且复杂度低的DFT算法进行DOA估计以满足实用场景的要求，是很有必要的，发明内容[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法，解决传统DFT算法精估计过程复杂度较高，且精度较低的问题，利用DFT粗估计结果代入泰勒展开式中，通过总体最小二乘法求解误差，从而得到精确的DOA估计，从而通过更少的复杂度得到更加精确的DOA估计，具有重要的工程价值。[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：[0007]一种基于泰勒展开的增广互质阵列快速DOA估计方法，所述方案包括以下步骤：[0008]步骤1)，设置天线阵列，通过增广互质阵列对接收信号进行采样；[0009]步骤2)，计算接收信号的协方差矩阵，并对其进行矢量化操作，对矢量化后的协方差矩阵进行排序，去除非连续的冗余部分后得到虚拟化阵列的接收信号矢量；[0010]步骤3)，