专利名称：基于双平行阵列的二维相干信号方向估计方法
技术领域：
本发明属于二维波达方向的估计技术领域，特别涉及一种基于双平行阵列的二维相干信号方向估计方法。
背景技术：
阵列信号处理近年来得到迅速发展，其应用涉及雷达、通信以及声呐等众多军事和国民经济领域。在阵列信号处理领域，估计多窄带信号入射到一个传感器阵列上的二维波达方向的问题是关键技术。近来，基于简单和特定几何形状的阵列的二维波达方向估计， 使用的阵列多是两个或更多的均勻阵列，受到了研究者的特别关注，而在实际中，两个方向角的同时估计也是需要的，特别是当入射信号是相干时，但目前此技术方法还未能做到两个方向角的同时估计；另一方面，一些基于特征值分解的子空间方法出现在二维波达方向估计中，使用两个平行的均勻阵列，能够实现方位角和仰角的自动匹配。然而，相干信号的二维波达方向估计在这些方法中还没有被考虑。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于双平行阵列的二维相干信号方向估计方法，该方法可以高效的实施，加上利用了阵列组的几何特性和均勻阵列的旋转不变特性，通过子阵列平滑技术来对入射信号去相干性，并利用两个阵列的互协方差矩阵来减轻附近噪音在零空间估计中的影响，本发明不需要特征值分解，而且避免了方位角和俯仰角之间的配对。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种基于双平行阵列的二维相干信号方向估计方法，步骤如下步骤1 如附图
所示，在水平向和纵向构成的水平面，也即χ-y平面上，预先设置有两个相互水平平行的均勻阵列，该两个均勻阵列分别为第一均勻阵列和第二均勻阵列，其中第一均勻阵列带有M个各向同性的传感器，依次为Xl，x2, ... , %，第二均勻阵列也带有M 个各向同性的传感器，依次为yi，y2，...，yM，两个均勻阵列之间的距离和每个均勻阵列中相邻传感器之间的距离都是d，当有ρ个波长为λ的远场相干信号{sk (η)}分别从{>k， 方向入射到第一个均勻阵列和第二个均勻阵列上，其中α&和βk分别是待求的远场相干信号Isk(η)}的入射方向与水平向和纵向之间的夹角，这样第一均勻阵列和第二均勻阵列采样接收到的信号分别表示为式(1)和式O)y (n) = A ( α ) s (η) +wy (η)(1)χ (η) = A ( α ) D ( β ) s (η) +wx (η)(2)其中y(n) = Ly1 (η), y2 (η), . . . , yM(n)]T,χ (η) = [X1(Ii), χ2(η), . . . , χΜ(η)]τ,s(η) = [S1(η), s2(n), . .. , sp(n)]T,wy (η) = [wyl (η)，Wy2 (η)，· · ·，wyM (η) ]τ,
权利要求
1. 一种基于双平行阵列的二维相干信号方向估计方法，其特征在于，步骤如下 步骤1 如附图所示，在水平向和纵向构成的水平面，也即X-y平面上，预先设置有两个相互水平平行的均勻阵列，该两个均勻阵列分别为第一均勻阵列和第二均勻阵列，其中第一均勻阵列带有M个各向同性的传感器，依次为Xl，&，...，％，第二均勻阵列也带有M个各向同性的传感器，依次为yi，y2，...，yM，两个均勻阵列之间的距离和每个均勻阵列中相邻传感器之间的距离都是d，当有ρ个波长为λ的远场相干信号|>k(n)}分别从{ak，β,}方向入射到第一个均勻阵列和第二个均勻阵列上，其中^^和β k分别是待求的远场相干信号 Isk(η)}入射到第一均勻阵列和第二均勻阵列上相对于水平方向和纵向的沿逆时针方向而测量的角度，这样第一均勻阵列和第二均勻阵列采样接收到的信号分别表示为式(1)和式 ⑵y (n) = A ( α ) s (η) +wy (η)(1)x(n) = A(a)D(^)s(n)+wx(n) (2) 其中 y(n) = [y^n), y2(η), . . . , yM(n)]T, χ (n) = [X1 (η), x2 (η), . . . , xM (n) ]T, s (n) = [S1 (η), s2 (η), . . . , sp (n) ]T, wy (n) = [wyl (η), wy2 (η), . . . , wyM(n) ]T, wx (n) = [wxl (η), wx2 (η), . . . , wxM(n) ]T, A (a) = [a ( α D，a ( α 2)，. . .，a ( α p)]， a(ak) = [\,e^ ,...,eKM-l)^f ,D(p) = diag(e}7\e}r\...,e]r^,Y1 (n)，y2(n)，...，yM(n)分别表示第二均勻阵列的依次为y2，...，yM的各向同性的传感器的采样信号，X1 (η) ,χ2 (η),..., χΜ(ιι)分别表示第一均勻阵列的依次为Xl，&，. . .，％ 的各向同性的传感器的采样信号，Tk = 2JidC0Sak/X，Yk = 2JidCOsi3k/X，p禾口M均为大于等于1的自然数且M彡2p，η为信号采样数目，wyl (η)，wy2 (η)，. . .，wyM (η)分别表示加入 Yi (η), γ2(η), ... , yM (η)的噪音干扰信号，wxl (η), wx2 (η), . . . , wxM (η)分别表示加入 X1 (η)， χ2 (η),..., χΜ (η)的噪音干扰信号，k为小于等于ρ的自然数；步骤2 估计相对y轴的角度ak，即将这两个均勻阵列首先分成ρ个重叠的子阵列，其中每个子阵列包含m = M-p+1个阵元，第1个子阵列的采样信号表示为第1个子阵列的第二均勻子阵列采样信号Y1 (η) = [Yl (η)，y1+1 (η)，. . .，Y1^1 (η) ]τ和第1个子阵列的第一均勻子阵列采样信号&(11) = [A(Ii)^w (n)，...，At1 (η)]τ，然后导出第一互协方差矩阵Α;Ι、 第二互协方差矩阵代#，第三互协方差矩阵和第四互协方差矩阵Iw四个mXM的互协方差矩阵，分别如式(3)、式(4)、式(5)和式(6)所示 RyiX=E{yi(n)xH(n)} (3)= A{a)Dll{a)RsD*{p)AH{a) Rxiy=(η)} (4)=A(a)D11 (a)D(β)RsAh (a) ryix =e{jj1(ti)xt {η)} (5)
全文摘要
一种基于双平行阵列的二维相干信号方向估计方法，通过利用两个线阵之间的互协方差矩阵，和阵列的几何特性及均匀线阵的旋转不变特性来求解两个方位角，并且不需要同时求解两个方位角，在计算上节省了时间，加上利用了阵列组的几何特性和均匀阵列的旋转不变特性，通过子阵列平滑技术来对入射信号去相关化，并利用两个阵列的互协方差矩阵来减轻附近噪音在零空间估计中的影响，本发明不需要特征值分解，而且避免了方位角和俯仰角之间的配对。
文档编号G01S3/14GK102385049SQ20111022806
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者左炜亮, 王光敏, 辛景民, 郑南宁 申请人:西安交通大学