一种用于单快拍非圆信号的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CN113254856A(43)申请公布日2021.08.13(21)申请号202110404301.0(22)申请日2021.04.15(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)发明人李宝宝张小飞曾浩威(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.G06F17/11(2006.01)G06F17/14(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书4页说明书8页附图5页(54)发明名称一种用于单快拍非圆信号的DOA估计方法(57)摘要本发明公开了一种用于单快拍非圆信号的DOA估计方法，具体为：设置大规模均匀线阵阵列，对目标非圆信号进行单快拍采样；对单快拍接收信号进行DFT变换，得到DOA初始估计；利用一阶泰勒级数展开公式构造方程，将初估计结果代入方程解出信号非圆相位；利用非圆特性扩展单快拍接收信号，抵消扩展信号中的非圆相位；对扩展后的单快拍信号进行DFT变换，得到更精确的DOA估计结果；再次利用一阶泰勒级数展开公式进一步提高DOA估计结果精度。本发明充分利用了非圆信号的非圆特性，进一步扩展了大规模均匀线阵的有效孔径，从而提高了DOA估计精度，同时不需要计算接收信号的协方差矩阵，显著地降低算法的计算复杂度。CN113254856ACN113254856A权利要求书1/4页1.一种用于单快拍非圆信号的DOA估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设置大规模均匀线阵阵列，对目标非圆信号进行单快拍采样；步骤2：对单快拍接收信号进行DFT变换，得到DOA初始估计；步骤3：利用一阶泰勒级数展开公式构造方程，将所述DOA初始估计代入方程解出信号非圆相位的估计；步骤4：利用非圆特性扩展单快拍接收信号，抵消扩展信号中的非圆相位；步骤5：对扩展后的单快拍信号进行DFT变换，得到更精确的DOA估计结果；步骤6：再次利用一阶泰勒级数展开公式构造方程，进一步提高DOA估计结果精度。2.根据权利要求1所述的用于单快拍非圆信号的DOA估计方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：远场窄带非圆信源发出的信号入射到大规模均匀线阵阵列，入射方向与阵列法线的夹角为θ，入射信号的方向向量a(θ)表达式为：a(θ)＝[1,ej2πdsinθ/λ,...,ej2πd(M‑1)sinθ/λ]T其中，j表示虚数单位，π表示圆周率，d表示大规模均匀线阵相邻阵元之间的间距，[·]T表示矩阵转置运算，λ表示接收信号的波长；阵列接收的单快拍非圆信号x表达式为：x＝as+n其中，n表示阵列接收的零均值加性高斯白噪声，各阵元接收噪声之间互相独立，噪声与信号互相独立，s表示接收信号强度，其表达式为：其中，s0是一个圆信号，表示入射非圆信号的非圆相位。3.根据权利要求1所述的用于单快拍非圆信号的DOA估计方法，其特征在于，所述步骤1中，大规模均匀线阵阵列沿直线放置，相邻阵元之间间距d＝λ/2，其中，λ为接收信号的波长。4.根据权利要求1所述的用于单快拍非圆信号的DOA估计方法，其特征在于，所述步骤2中具体包括：定义M×M维的归一化DFT变换矩阵F1，第p行第q列元素为对方向向量a进行DFT变换，用表示变换后的DFT谱，变换后的第m个元素表达式为：其中，[·]m表示向量的第m个元素，[·]表示四舍五入取整，M表示大规模均匀线阵的阵元数；对阵列接收的单快拍非圆信号x做DFT变换，其中，表示x的傅里叶频谱，是加性高斯白噪声的傅里叶频谱；DOA初始估计表达式为：2CN113254856A权利要求书2/4页其中，m1为峰值位置。5.根据权利要求1所述的用于单快拍非圆信号的DOA估计方法，其特征在于，所述步骤3中具体包括：将阵列方向向量在初始估计点按照泰勒级数展开，忽略二次及以上项，其表达式为：整个阵列的接收信号x满足以下方程：其中，使用总体最小二乘法解上述方程得到：b＝(AHA‑I)‑1AHx对b的第一个元素求相位得到非圆相位的估计：6.根据权利要求1所述的用于单快拍非圆信号的DOA估计方法，其特征在于，所述步骤4中具体包括：扩展接收的单快拍非圆信号矩阵，得到：其中，分别表示对x、a、中每个元素取共轭后的矩阵；相位校正矩阵P表达式为：其中，IM‑1表示(M‑1)×(M‑1)维单位矩阵，假设抵消非圆相位影响后的扩展单快拍非圆数据表达式为：3CN113254856A权利要求书3/4页‑j2πd(M‑1)sinθ/λ‑j2πd(M‑2)sinθ/λj2πd(M‑1)sinθ/λT其中，a2＝[e,e,...,e]，具有类似均匀线阵方向向量的范德蒙结构，z是一个虚拟的具有2M‑1个阵元的大规模均匀线阵接收信号。7.根据权利要