基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法

文档序号:6186650阅读:225来源:国知局
基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,主要解决分布式阵列对目标波达方向估计过程中出现角度模糊的问题,其实现过程是:以多基线结构布置子阵,提取阵列的接收数据;估计出接收数据的协方差矩阵并对其进行特征分解求得信号子空间;根据信号子空间分别构造子阵内空域旋转不变性方程、最短基线子阵间的空域旋转不变性方程和最长基线子阵间的空域旋转不变性方程;分别求解这些方程得到无模糊粗估计、短基线有模糊的精估计和长基线有模糊的精估计;对得到的估计参数配对并解模糊求得目标波达方向。本发明提高了分布式阵列在低信噪比条件下的波达方向估计性能,进一步扩大了阵列的物理孔径,可用于目标识别。
【专利说明】基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达信号处理【技术领域】,涉及分布式雷达测角方法,可用于目标定位。【背景技术】
[0002]波达方向估计是阵列信号处理中的一个重要研究领域,在雷达、无线通信、声纳等领域都得到了广泛的应用和研究。阵列的物理孔径是与阵列波达方向估计性能密切相关的重要参数,阵列的物理孔径越大,阵列的角分辨率和波达方向估计精度就越高。为了提高阵列的角分辨率和波达方向估计精度,就需要扩展阵列的物理孔径,最普遍的方法就是增加阵列的阵元数。然而,增加阵元数将导致系统硬件成本和测角算法的计算复杂度的增加,为了在不增加系统软硬件成本的基础上提高阵列波达方向估计性能,由多个分置的子阵构成的分布式阵列得到了广泛关注。依据空域采样定理,分布式阵列的合成方向图存在高栅瓣,进行波达方向估计时将导致测角模糊进而影响测角精度。
[0003]为了得到精确的角度估计值,解决分布式阵列带来的角度模糊问题,目前主要采用以下两类方法:
[0004](I)基于相位干涉仪的波达方向估计:相位干涉仪解模糊主要通过不同的基线配置来实现,已有的方法包括:长短基线法,基于参差基线的相位差变化值法,阵列多组解模糊法,二次相位差解模糊法等。相位干涉仪具有测向精度高,结构简单,观测频带宽等优点,但是它的阵元利用率比较低,使得低信噪比条件下波达方向估计性能较差,而且对阵元的位置分布要求严格,需要满足特定条件,且仅适用于单目标定位,很大程度上限制了其在分布式阵列中的应用。
[0005](2)基于双尺度ESPRIT 的波达方向估计:Zoltowski 在《Direction finding withsparse rectangular dual-size spatial invariance array〉〉中给出了双尺度 ESPRIT 角军模糊算法。即先利用子阵孔径得到无模糊精度较低的粗估计,再利用整个分布式阵列孔径得到有|旲糊但精度闻的精估计,最后以粗估计作为参考值解精估计|旲糊得到无|旲糊精度闻的波达方向估计。该方法可适用于多目标定位,定位精度较高,但是在低信噪比条件下波达方向估计性能下降明显,极大的限制了分布式阵列物理孔径的扩展程度。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足,提出一种基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,以扩大分布式阵列的适用范围,提高分布式阵列在低信噪比条件下的波达方向估计性能,进一步扩展阵列的物理孔径。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
[0008]一.技术思路:
[0009]通过分布式阵列子阵内的空域旋转不变性关系得到无模糊精度较低的粗估计,通过子阵间的空域旋转不变性关系分别得到精度高但有模糊的短基线精估计与长基线精估计,以粗估计作参考值解短基线精估计的模糊,用短基线精估计作为参考值解长基线精估计的模糊,从而得到高精度且无模糊的波达方向估计。
[0010]二.实现方案
[0011]本发明基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,包括如下步骤:
[0012]I)以多基线结构布置子阵,形成多基线分布式阵列,提取阵列的接收数据x(t);
[0013]2)利用N个快拍数估计出接收数据的协方差矩阵:
【权利要求】
1.一种基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,包括以下步骤:O以多基线结构布置子阵,形成多基线分布式阵列,提取阵列的接收数据x(t);2)利用N个快拍数估计出接收数据的协方差矩阵
2.根据权利要求1所述的基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,其中步骤I)所述的以多基线结构布置子阵,形成多基线分布式阵列,是由布置在同一水平线上的3个完全相同的子阵构成多基线分布式阵列,其中:第一个子阵与第二个子阵间的基线长度为D12, D12 > Md,为子阵间最短基线;第一个子阵与第三个子阵间的基线长度为D13 = kD12,为子阵间最长基线;第二个子阵与第三个子阵间的基线长度为D23 = (k-l)D12 ;k为子阵间最长基线与最短基线长度的比值,k > 2 ;子阵阵元数为M,M > 2 ;子阵内阵元间距为d≥λ/2,λ为入射信号波长。
3.根据权利要求1所述的基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,其中步骤3)所述的利用空域旋转不变信号参数估计算法求得一组无模糊的顺序随机的多目标方向余弦粗估计值β c及非奇异矩阵T。,按如下步骤进行:3a)根据信号子空间Es,构造粗估计旋转不变方程=Ze2Es = ZciEs0C,其中,
4.根据权利要求1所述的基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,其中步骤4a)所述的利用空域旋转不变信号参数估计算法求得一组有模糊的顺序随机的多目标方向余弦短基线精估计值β Fs及非奇异矩阵TFs,按如下步骤进行:4a)根据信号子空间Es,构造短基线精估计旋转不变方程:
5.根据权利要求1所述的基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,其中步骤4b)所述的利用空域旋转不变信号参数估计算法求得一组有模糊的顺序随机的多目标方向余弦长基线精估计的一组值β F1及非奇异矩阵TF1,按如下步骤进行:5a)根据信号子空间Es,构造长基线精估计旋转不变方程:ZF12ES = Zf11Es Of1,其中,Zf11—[I(M) O(MXM) O(MXM) ]为长基线精估计第一选择矩阵,Zf12 = [0(MXM) 0(MXM) I(M)]为长基线精估计第二选择矩阵,?F1为长基线精估计旋转不变关系矩阵,1(?)表示M阶单位阵,0(MXS0表示MXM维全零阵,M为每个子阵的阵元数;5b)求解步骤5a)中所述的长基线精估计旋转不变方程,得到长基线精估计旋转不变关系矩阵?F1,再对该关系矩阵?F1进行特征分解,得到非奇异矩阵Tn和长基线精估计信号对角矩阵ΩΡ1 ;5c)提取步骤5b)中所述的长基线精估计信号对角矩阵Ωη对角线上的元素,得到一组有模糊的顺序随机的多目标方向余弦长基线精估计值βη,其中,βη由皮7Wf,...,05...,;?7组成,Af为第P个目标的有模糊的方向余弦长基线精估计值,P =I, 2,..., Q, Q为目标个数。
6.根据权利要求1所述的基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,其中所述步骤5b)中分别求解一组有模糊的顺序随机的多目标方向余弦短基线精估计值β Fs中与其相对应的短基线精估计值,得到一组无模糊且精度高的多目标方向余弦短基线精估计值,通过以下公式进行:
7.根据权利要求1所述的基于多基线分布式阵列的波达方向估计方法,其中所述步骤5c)中分别求解一组有模糊的顺序随机的多目标方向余弦长基线精估计值βη中与其相对应的长基线精估计值,得到一组无模糊且精度高的多目标方向余弦长基线精估计,通过以下公式进行:
【文档编号】G01S3/14GK103605107SQ201310648232
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】陈伯孝, 马严, 杨明磊, 许业彬 申请人:西安电子科技大学
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