一种基于子空间正交补偿的圆阵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CN113376568A(43)申请公布日2021.09.10(21)申请号202110526429.4(22)申请日2021.05.14(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人李建峰李平张淇婷李潘汤亚为(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人王安琪(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，包括如下步骤：阵元接收辐射源信号，并对接收到的信号进行采样；运用UCA‑ESPRIT算法得到包含仰角和方位角的二维角度粗估计；对未经波束转换的协方差矩阵特征值分解，得到特征值和对应的特征向量，构成信号子空间和噪声子空间；利用导向矢量与噪声子空间的正交性，基于粗估计，重构方向矩阵对其一阶泰勒展开；通过最小二乘解得到偏移量；根据偏移量对粗估计补偿得到精估计。本发明计算复杂度低，解决圆阵阵元数较少条件下的二维角度估计精度的问题，具有重要的工程应用价值。CN113376568ACN113376568A权利要求书1/2页1.一种基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)阵元接收辐射源信号，并对接收到的信号进行采样；(2)运用UCA‑ESPRIT算法得到包含仰角和方位角的二维角度粗估计；(3)对未经波束转换的协方差矩阵特征值分解，得到特征值和对应的特征向量，构成信号子空间和噪声子空间；(4)利用导向矢量与噪声子空间的正交性，基于粗估计，重构方向矩阵对其一阶泰勒展开；(5)通过最小二乘解得到偏移量；(6)根据偏移量对粗估计补偿得到精估计。2.如权利要求1所述的基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，其特征在于，步骤(1)中，接收到的信号为x(t)＝As(t)+n(t)K其中为方向矩阵，s(t)＝[s1(t),…,sK(t)]为信号源矢量，n(t)为零均值复高斯白噪声，阵列的导向矢量为其中γn＝2πn/N(n＝0,1,…,N‑1),λ为波长，r为半径，N为阵元个数，分别为第k(k＝1,2,…,K)个信源的入射仰角和方位角。3.如权利要求1所述的基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，其特征在于，步骤(2)中，用UCA‑ESPRIT算法估计DOA，作为粗估计4.如权利要求1所述的基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，其特征在于，步骤(3)中，对未经波束转换的协方差矩阵特征值分解，得到特征值和对应的特征向量，构成信号子空间和噪声子空间具体为：对接收数据构造无波束转换的协方差矩阵然后对接收信号协方差矩阵进行特征值分解(s)(n)其中，Λ＝diag{λl,1,...,λl,K}和Λ＝diag{λl,K+1,...,λl,N}分别为由K个大特征值和N‑K个小特征值组成的对角阵，N为阵元个数，U(s)和U(n)为特征分解得到的信号子空间和噪声子空间。5.如权利要求1所述的基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，其特征在于，步骤(4)中，利用导向矢量与噪声子空间的正交性，基于粗估计，重构方向矩阵对其一阶泰勒展开具体为：利用导向矢量和噪声子空间的正交性，重构方向矩阵并进行一阶泰勒展开其中ξ＝diag{ξ1,ξ2,…,ξK},ζ＝diag{ζ1,ζ2,…,ζK},2CN113376568A权利要求书2/2页为估计值与真实值的偏移量。6.如权利要求1所述的基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，其特征在于，步骤(5)中，通过最小二乘解得到偏移量具体为：偏移量通过最小二乘解获得其中Δ＝[ξ,ζ]T，偏移值表示为ξ＝diag{Δ(1)}ζ＝diag{Δ(2)}其中Δ(1)和Δ(2)分别表示Δ的前K行和后K行，diag{*}为取矩阵的对角元素。7.如权利要求1所述的基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法，其特征在于，步骤(6)中，根据偏移量对粗估计补偿得到精估计具体为：精估计表示为3CN113376568A说明书1/4页一种基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法技术领域[0001]本发明涉及无线测向技术领域，尤其是一种基于子空间正交补偿的圆阵DOA估计方法。背景技术[0002]对于圆阵的波达方向估计，由于圆阵的导向矢量不符合范德蒙形式，传统线阵的DOA估计方法不可直接应用于圆阵，需经过波束转换将圆阵导向矢量变成范德蒙形式再进行波达方向估计。同时，在阵元数较少情况下，波束转换产生的误差扩大导致估计性能下降。因此，针对波束转换的转换误差问题，研究稀疏阵元下圆阵的二维角度估计精度问题具有重要意义。[0003]传统圆阵的测向大多基于波束空