一种阵元互耦条件下的低复杂度doa估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及阵列信号处理领域，是一种波达方向（direction-of-arrival，D0A) 估计技术，尤其涉及一种阵元互耦条件下的低复杂度DOA估计方法。
【背景技术】
[0002] 在DOA估计中，基于子空间分解的方法如多重信号分类（MUSIC)算法和旋转不变 子空间（ESPRIT)算法是使用非常广泛的一类算法。这类方法基于阵列流型已知的假设，但 是在实际应用中，阵列流型会受到阵元间的相互作用，也就是互耦效应的影响。当互耦信息 已知时，可以进行阵列校正，从而消除互耦效应的影响，否则，互耦会使这些基于子空间分 解的方法的性能严重恶化。
[0003] 阵列校正方法通常可分为有源校正和自校正两类，其中自校正方法因不需要辅助 信源，可以在线估计，估计精度高等优点，成为研究的热点。文献[1]中提出了利用辅助阵 元的自校正方法。该方法在均匀线阵的两端放置辅助阵元，利用中间的子阵列的接收数据， 直接使用MUSIC算法进行DOA估计，随后利用子空间的正交性估计出互耦系数，构造互耦矩 阵，再次进行DOA估计以提高估计精度。而文献[2]中提出了基于导向矢量参数化的方法。 该方法利用均匀线阵互耦矩阵的Toeplitz特性以及基于秩损的方法消除互耦的影响。由 于没有阵列孔径的损失，该方法性能优于前一种方法。
[0004] 目前提出的大部分阵列自校正算法，包括上述两种算法都需要对接收信号的协方 差矩阵进行特征分解，最后通过谱峰搜索来得到角度，这两个步骤都会导致很高的计算复 杂度。
[0005] 已有的降低计算复杂度的算法，如文献[3]中提出的一种传播算子法，该方法不 需要对接收信号的协方差矩阵进行特征分解，但是在低信噪比下，该算法的性能比较差。文 献[4]中提出了求根MUSIC算法，该算法是用求多项式根的方法来替代MUSIC算法中的谱 峰搜索。传播算子法和求根MUSIC算法都能显著降低计算量，但是都未考虑互耦效应。
[0006] [1]Ye Z, Liu C. On the resiliency of MUSIC direction finding against antenna sensor coupling[J] · IEEE Transactions on Antennas and Propagati on, 2008, 56(2) :371-380.
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【发明内容】
[0010] 本发明提供了一种阵元互耦条件下的低复杂度DOA估计方法，本发明解决了现有 算法复杂度较高的缺点，并且具有较高的估计准确度，详见下文描述：
[0011] 一种阵元互耦条件下的低复杂度DOA估计方法，所述方法包括以下步骤：
[0012] 在未知阵元互耦情况下对DOA进行估计，获取信号估计角度；
[0013] 通过信号估计角度估计互耦系数；
[0014] 通过互耦系数，构造互耦矩阵，获取信号估计角度的精确值。
[0015] 所述在未知阵元互耦情况下对DOA进行估计，获取信号估计角度的步骤具体为：
[0016] 计算接收信号的协方差矩阵：
[0017] 将协方差矩阵分割为两个子矩阵，其中G表示前K'列构成的矩阵，H表示后 (Ν-Γ )列构成的矩阵，计算传播算子矩阵；
[0018] 定义矩阵D，其前Γ行等于传播算子矩阵，后（Ν-Γ )行等于-IN_K;，其中IN_K;表 示（Ν-Γ ) X (Ν-Γ )的单位矩阵，对矩阵D正交化，计算矩阵D。= D (D hD)_1/2;
[0019] 通过矩阵D。，构造以z为参数的多项式；
[0020] 通过
【主权项】
1. 一种阵元互耦条件下的低复杂度DOA估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 在未知阵元互耦情况下对DOA进行估计，获取信号估计角度； 通过信号估计角度估计互耦系数； 通过互耦系数，构造互耦矩阵，获取信号估计角度的精确值。
2. 根据权利要求1所述的一种阵元互耦条件下的低复杂度DOA估计方法，其特征在于， 所述在未知阵元互耦情况下对DOA进行估计，获取信号估计角度的步骤具体为： 计算接收信号的协方差矩阵： 将协方差矩阵分割为两个子矩阵，其中G表示前Γ列构成的矩阵，H表示后（Ν-Γ ) 列构成的矩阵，计算传播算子矩阵； 定义矩阵D，其前Γ行等于传播算子矩阵，后（Ν-Γ )行等于-IN_K;，其中IN_K;表示 (Ν-Γ ) X (Ν-Γ )的单位矩阵，对矩阵D正交化，计算矩阵D。= D (D hD) _1/2; 通过矩阵D。，构造以z为参数的多项式； 通过式nrcsiiV^argd))灸=1二·,[，获取信号估计角度，其中arg(·)表示求复 2nd 数的相角。
3. 根据权利要求1所述的一种阵元互耦条件下的低复杂度DOA估计方法，其特征在于， 所述通过互耦系数，构造互耦矩阵，获取信号估计角度的精确值的步骤具体为： 利用求得的互耦系数，构造互耦矩阵C ; 定义以z为参数的矢量p (z) = [1，z，z2,…，Zm]，构造以z为参数的多项式，求出多项 式L^(Z)的所有根，从中找出位于单位圆内的且最接近单位圆的K个根％ ; 通过么，获取信号估计角度的精确值。 2nd
【专利摘要】本发明公开了一种阵元互耦条件下的低复杂度DOA估计方法，所述方法包括以下步骤：在未知阵元互耦情况下对DOA进行估计，获取信号估计角度；通过信号估计角度估计互耦系数；通过互耦系数，构造互耦矩阵，获取信号估计角度的精确值。本发明在不造成较大性能损失的前提下，显著降低了计算复杂度，促进阵列自校正算法走向实际应用。
【IPC分类】G01S3-00
【公开号】CN104730489
【申请号】CN201510063473
【发明人】侯春萍, 吴晗, 陈华, 汪清, 赵晓楠
【申请人】天津大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月6日