一种任意阵接收对称虚拟变换2d-doa分离算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达领域，特别涉及一种任意阵接收对称虚拟变换2D -DOA分离算法。
【背景技术】
[0002] 在雷达领域中，确定DOA(Direction Of Arrival，波达方向）一直是研宄的重要课 题。
[0003] 在现有的技术中，常用的有最大似然和MUSIC(Multiple Signal Classification,多信号分类）和 ESPRIT(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques，借助旋转不变技术估算信号参数）方法，其中ESPRIT 通过计算闭式解的方法，就可以得到信源的方位角和俯仰角两个重要参数，从而完成对DOA 的估计，不需像最大似然和MUSIC方法那样要经过对谱峰进行搜索，可以显著降低相关数 据的计算量和存储量。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
[0005] 作为其中较为优秀的方法，ESPRIT算法因构造旋转不变性子阵而容易造成的阵列 孔径损失，导致无法对DOA进行准确估计。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种任意阵接收对称虚拟变换2D - DOA 分离算法，所述任意阵接收对称虚拟变换2D - DOA分离算法，包括：
[0007] 部署用于接收信源的原始接收阵列；
[0008] 根据所述原始接收阵列，构建21组与所述原始接收阵列结构相同的虚拟接收阵 列；
[0009] 通过所述原始接收阵列接收到的原始信号矢量为X(l(t)，通过所述21组虚拟接收 阵列接收到的虚拟信号矢量为X k(t)，对所述虚拟信号矢量Xk(t)进行虚拟内插变换，得到 虚拟变换因子Bk;
[0010] 基于所述虚拟变换因子Bk，对所述原始信号矢量和所述虚拟信号矢量进行叠加合 并运算，得到虚实矩阵X ;
[0011] 对所述虚实矩阵X的协方差矩阵进行特征值分解，获取旋转不变因子矩阵对应的 特征值Dp;
[0012] 对所述虚实矩阵X中的参数φ进行反解，得到信源相对于所述原始接收阵列的俯 仰角数值，在所述俯仰角对应的范围内根据MUSIC算法进行一维搜索，确定所述信源相对 于所述原始接收阵列的方位角数值。
[0013] 可选的，所述根据所述原始接收阵列，构建21组与所述原始接收阵列结构相同的 虚拟接收阵列，包括：
[0014] 令所述原始接收阵列中心的位置作为X - 0 - Y平面的原点，使得所述原始接收阵 列中的所述阵元均位于所述X - 〇 - Y平面内，构建X - Y - Z空间坐标系；
[0015] 在所述X - Y - Z空间坐标系内，沿Z轴的正方向构建L组与所述原始阵列结构相 同的虚拟接收阵列，沿Z轴负方向构建L组与所述原始阵列结构相同的虚拟接收阵列。
[0016] 可选的，所述基于所述虚拟变换因子Bk，对所述原始信号矢量和所述虚拟信号矢 量进行叠加合并运算，得到虚实矩阵X，包括：
[0017] 所述原始信号矢量为X(l(t) = ApaHnJt)，每个所述虚拟信号矢量为xk(t)= BkA0S (t)+Ii1 (t) = B^1A0Oms (t)+nk(t)；
[0018] 对所述原始信号矢量和21个所述虚拟信号矢量进行求和运算，得到 Ε -Φ2?-1 χΣ=χ^ +·· + ··+ xM =B ,A0-s+n = AvS + n，结合 XfX1 的运算结果，得 Ε -Φ ^ 到叠加求和运算的结果即虚实矩K
【主权项】
1. 一种任意阵接收对称虚拟变换2D -DOA分离算法，其特征在于，所述任意阵接收对称 虚拟变换2D - DOA分离算法，包括： 部署用于接收信源的原始接收阵列； 根据所述原始接收阵列，构建21组与所述原始接收阵列结构相同的虚拟接收阵列； 通过所述原始接收阵列接收到的原始信号矢量为Xtl (t)，通过所述21组虚拟接收阵列 接收到的虚拟信号矢量为Xk(t)，对所述虚拟信号矢量Xk(t)进行虚拟内插变换，得到虚拟 变换因子B k; 基于所述虚拟变换因子Bk，对所述原始信号矢量和所述虚拟信号矢量进行叠加合并运 算，得到虚实矩阵X ; 对所述虚实矩阵X的协方差矩阵进行特征值分解，获取旋转不变因子矩阵对应的特征 值Dp; 结合所述特征值Dp，对所述虚实矩阵X中进行反解，得到所述信源相对于所述原始接收 阵列的俯仰角数值，在所述俯仰角对应的范围内根据MUSIC算法进行一维搜索，确定所述 信源相对于所述原始接收阵列的方位角数值。
2. 根据权利要求1所述的任意阵接收对称虚拟变换2D - DOA分离算法，其特征在于， 所述根据所述原始接收阵列，构建21组与所述原始接收阵列结构相同的虚拟接收阵列，包 括： 令所述原始接收阵列中心的位置作为X - 〇 - Y平面的原点，使得所述原始接收阵列中 的所述阵元均位于所述X - 0 - Y平面内，构建X - Y - Z空间坐标系； 在所述X - Y - Z空间坐标系内，沿Z轴的正方向构建L组与所述原始阵列结构相同的 虚拟接收阵列，沿Z轴负方向构建L组与所述原始阵列结构相同的虚拟接收阵列。
3. 根据权利要求1所述的任意阵接收对称虚拟变换2D -DOA分离算法，其特征在于，其 特征在于，所述基于所述虚拟变换因子Bk，对所述原始信号矢量和所述虚拟信号矢量进行 叠加合并运算，得到虚实矩阵X，包括： 所述原始信号矢量为Xtl⑴zApaHnJt)，每个所述虚拟信号矢量为xk(t)= BkA0S (t)+? (t) = B^1A0Oms (t)+nk(t)； 对所述原始信号矢量和21个所述虚拟信号矢量进行求和运算，得到 χΣ=χ_; + ·· + ··+ χΜ =Β_;Α0 -~+ n = A2S + η，结合 X^-X1 的运算结果，得到 Ε-Φ 叠加求和运算的结果即虚实矩阵X= χχ"!χ; = Αγ(会Σ_Φ)8 + Ν = Μ + Ν，其中， Φ = ε々一、
4. 根据权利要求1所述的任意阵接收对称虚拟变换2D -DOA分离算法，其特征在于，其 特征在于，对所述虚实矩阵X的协方差矩阵进行特征值分解，获取旋转不变因子矩阵对应 的特征值D p，包括： 获取所述虚实矩阵X的协方差矩阵，对所述虚实矩阵X的协方差矩阵进行特征值分解， 得到虚实信号子空间Usl、Us2; 根据所述虚实信号子空间usl、us2的旋转不变关系求得旋转不变因子矩阵，获取所述旋 转不变因子矩阵的特征值Dp。
5.根据权利要求1所述的任意阵接收对称虚拟变换2D -DOA分离算法，其特征在于，其 特征在于，对所述虚实矩阵X中的参数Φ进行反解，得到信源相对于所述原始接收阵列的 俯仰角数值，在所述俯仰角对应的范围内根据MUSIC算法进行一维搜索，确定所述信源相 对于所述原始接收阵列的方位角数值，包括： 对所述虚实矩阵中X的参数Φ进行反解，得到信源相对于所述原始接收阵列的俯仰角 数值 βρ= acos((-angle(l-Dp)*A/2/ji/d))*180/3T，其中 angle( ·)表示取复数?的复 角主值； 在该俯仰角数值对应的范围内，根据MUSIC算法进行一维搜索，确定所述信源相对于 所述原始接收阵列的方位角数值。
【专利摘要】本发明公开了一种任意阵接收对称虚拟变换2D‐DOA分离算法,属于雷达领域。所述发明包括通过构建的原始接收阵列，将该原始接收阵列在三维空间中进行虚拟处理，得到若干与原始接收矩阵结构相同的虚拟接收阵列，进而分别通过原始接收阵列和虚拟接收阵列进行信源的接收，使用了双线对称虚拟变换的形式，对虚拟子阵接收的数据进行合并运算，最终根据接收到的信号矢量进行数据处理，根据处理结果得到信源相对于原始接收阵列的方位角和俯仰角，从而完成对信源方位的准确测定。相对于现有技术，抵消了因构造旋转不变性子阵而容易造成的阵列孔径损失，提升信号处理的准确性。
【IPC分类】G01S3-74
【公开号】CN104833947
【申请号】CN201510158443
【发明人】聂卫科, 徐楷杰, 冯大政, 陈晓江
【申请人】西北大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月3日