基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法，将阵列划分为两个重叠对称的子阵列，并假设阵列有部分传感器的相位和幅值增益是已知的，利用空间旋转不变技术，首先估计得到近场信号的波达方向角，然后利用估计得到的波达方向角，利用多重子空间信号分类技术，求解得到近场信号的距离信息。本发明从两方面降低了计算量并提高了估计性能，第一，在估计波达方向角时，构造了一个低维代价函数；第二，在估计近场波达方向角和距离时，将一个二维估计问题转化为两个一维估计问题。
【专利说明】基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于阵列信号处理【技术领域】，具体涉及一种基于部分矫正的对称均匀线阵的窄带近场信号源的定位方法。
【背景技术】
[0002]无源式定位技术在使用麦克风阵列的说话人定位系统、家用辅助导航系统、雷达、声纳、无线通信和地质勘探等领域具有重要的应用。已经有很多用于解决近场信号源定位问题的方法被提出，如加权线性预测方法(WLP)和高阶统计量(HOS)的估计方法。但当阵列是部分矫正的，这些方法会失效；另外，基于高阶统计量的方法需要较高的计算复杂度。基于一般化的空间旋转不变技术的近场源定位技术(N-GESPRIT)，一方面计算量较小，另一方面也可以用于部分矫正的对称均匀线性阵列。基于秩亏损的近场源定位技术(FR-RARE)，定位性能明显优于N-GESPRIT算法。
[0003]但是，N-GESPRIT算法定位性能有待提高，而FR-RARE算法计算量较大，因此，目前亟待提出一种既具有优良定位性能，又计算简单的近场源定位方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法。
[0005]为达到上述目 的，本发明采用了以下技术方案。
[0006]将部分矫正的对称均匀线阵划分为两个重叠对称的子阵列，然后利用空间旋转不变技术估计窄带近场信号的波达方向角，然后利用多重子空间信号分类技术估计窄带近场信号的距离，所述窄带近场信号为入射到部分矫正的对称均匀线阵上的K个非相干信号
GOt1，所述部分矫正的对称均匀线阵包含2M+1个全向传感器阵元，所述对称均匀线阵
中心区域的2Me+l个传感器已矫正，M的取值范围为M≥K，阵元间距为d，窄带近场信号的
方位信息为，0 k表不第k个所述非相干信号sk(η)的波达方向角,所述波达方向
角为第k个所述非相干信号Sk(η)相对于所述对称均匀线阵法向的逆时针夹角，rk是第k个所述非相干信号sk(η)相对于所述对称均匀线阵的中心的距离。
[0007]所述窄带近场信号的波达方向角的估计方法包括以下步骤:
[0008]I)根据所述对称均匀线阵的协方差矩阵的估计值/?汁算得到信号子空间矩阵I
[0009]2)将信号子空间矩阵$分成重叠的两部分A1和A2 ;
[0010]3)构造代价函数
[0011]f ( Θ ) = det{BH( θ )Β( Θ )}(I)
[0012]式⑴中(.)H表示共轭转置，det{.}表示取行列式，Β(θ) = ΙΜ+1?χ2-Ψ(θ)0^，J?+1表示(M+1) X (M+1)维反对角矩阵，Ψ ( θ )定义如下:
[0013]
【权利要求】
1.一种基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法，其特征在于:包括以下步骤: 将部分矫正的对称均匀线阵划分为两个重叠对称的子阵列，然后利用空间旋转不变技术估计窄带近场信号的波达方向角，然后利用多重子空间信号分类技术估计窄带近场信号的距离，所述窄带近场信号为入射到部分矫正的对称均匀线阵上的K个非相干信号W(W)It1，所述部分矫正的对称均匀线阵包含2M+1个全向传感器阵元，所述对称均匀线阵中心区域的2Me+l个传感器已矫正，M的取值范围为M≥K，阵元间距为d，窄带近场信号的方位信息为{Ol,A—)!.。，9k表示第k个所述非相干信号Sk (η)的波达方向角，所述波达方向角为第k个所述非相干信号Sk(η)相对于所述对称均匀线阵法向的逆时针夹角，rk是第k个所述非相干信号Sk(η)相对于所述对称均匀线阵的中心的距离。
2.根据权利要求1所述一种基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法，其特征在于:所述窄带近场信号的波达方向角的估计方法包括以下步骤: 1)根据所述对称均匀线阵的协方差矩阵的估计值及计算得到信号子空间矩阵A; 2)将信号子空间矩阵民分成重叠的两部分t/,和&2 3)构造代价函数 f(0) = det{BH(0)B(9)}(I) 式⑴中(.)H表示共轭转置，det{.}表示取行列式，
3.根据权利要求2所述一种基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法，其特征在于:所述步骤I)具体包括以下步骤: a、根据所述对称均匀线阵接收的数据求得所述对称均匀线阵的协方差矩阵的估计值R:
4.根据权利要求2所述一种基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法，其特征在于:所述步骤2)具体包括以下步骤: 将信号子空间矩阵A按照如下方式分块:
5.根据权利要求1所述一种基于部分矫正对称均匀线阵的窄带近场信号源定位方法，其特征在于:所述窄带近场信号的距离的估计方法包括以下步骤: I)构造代价函数
【文档编号】G01S5/04GK104035069SQ201410273882
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】左炜亮, 辛景民, 王光敏, 郑南宁 申请人:西安交通大学