基于单快拍数据的嵌套阵列DOA估计算法
发布时间：2021-09-30 07:53
针对嵌套阵列DOA估计实时性不好的问题,提出了一种基于单快拍数据的估计算法。该算法将嵌套阵分为阵元间距等于信号半波长和阵元间距大于信号半波长的两个均匀子阵。利用两子阵接收的单快拍数据分别构造Toeplitz矩阵,然后进行特征值分解结合MUSIC算法得到低精度无模糊的DOA估计和高精度有模糊的DOA估计,最后结合解模糊算法得到高精度无模糊DOA估计。在阵列孔径相同的条件下,相比于阵元间距等于信号半波长的均匀线阵,算法需要的阵元个数较少,节约了硬件成本。该算法具有较好的实时性,并且拥有较高的测向精度。仿真结果证明了算法的有效性。
【文章来源】：火力与指挥控制. 2019,44(03)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
二级嵌套阵式中，为信源矢量；
?肯嗤?木?认?阵，嵌套阵列具有更大的阵列孔径。在相同的阵列孔径下嵌套阵需要的阵元数目更少，节约了硬件成本。文献［6-9］利用嵌套阵列进行DOA估计，增加了测向精度。但是这些算法都依赖多快拍数据，实时性较差。因此，本文提出了针对嵌套阵列的单快拍数据DOA估计算法。算法将嵌套阵列和单快拍数据的优点结合起来，利用单快拍数据构造两个Toeplitz矩阵，通过两次谱峰搜索得到高精度无模糊DOA估计。仿真实验通过与文献［3］对比进一步验证了算法的有效性。1信号模型假设有阵元数目为M的二级嵌套线阵，结构如图1所示，由两个均匀线阵（ULA）构成，每级ULA阵元个数相同为M/2。阵元位置坐标为z=［z1，z2，…，zM］，其中子阵1阵元间距d1=/2，子阵2阵元间距d2=/2。P个波长为的远场窄带不相关的信源以来波方向θi（i=1，2，…，P）入射到该阵列上，阵列的接收信号为：（1）图1二级嵌套阵式中，为信源矢量；是均值为0、方差为σn2的加性高斯白噪声矢量，并且与信源不相关；为M×P维阵列流形矩阵，为当信源入射角时θi时阵列的导向矢量，为第i个信源单位距离相位差；以第1个阵元为参考阵元，则第k个阵元的接收信号可以表示为：（2）其中，nk（t）为第k个阵元的加性高斯白噪声。2嵌套阵列DOA估计方法2.1Toeplitz矩阵重构传统的子空间类算法是通过接收信号的协方差矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间，然后进行DOA估计。但是接收信号为单快拍数据时，导致阵列协方差矩阵的秩小于信源个数，此时此类算法失效。文献［3］直接利用阵列接收的单快拍数据重构Toeplitz矩阵，实现了DOA估计。本文在文献［3］的基础上，将Toeplitz矩阵构造方法用于嵌套阵列。利用子阵1?
?肯嗤?木?认?阵，嵌套阵列具有更大的阵列孔径。在相同的阵列孔径下嵌套阵需要的阵元数目更少，节约了硬件成本。文献［6-9］利用嵌套阵列进行DOA估计，增加了测向精度。但是这些算法都依赖多快拍数据，实时性较差。因此，本文提出了针对嵌套阵列的单快拍数据DOA估计算法。算法将嵌套阵列和单快拍数据的优点结合起来，利用单快拍数据构造两个Toeplitz矩阵，通过两次谱峰搜索得到高精度无模糊DOA估计。仿真实验通过与文献［3］对比进一步验证了算法的有效性。1信号模型假设有阵元数目为M的二级嵌套线阵，结构如图1所示，由两个均匀线阵（ULA）构成，每级ULA阵元个数相同为M/2。阵元位置坐标为z=［z1，z2，…，zM］，其中子阵1阵元间距d1=/2，子阵2阵元间距d2=/2。P个波长为的远场窄带不相关的信源以来波方向θi（i=1，2，…，P）入射到该阵列上，阵列的接收信号为：（1）图1二级嵌套阵式中，为信源矢量；是均值为0、方差为σn2的加性高斯白噪声矢量，并且与信源不相关；为M×P维阵列流形矩阵，为当信源入射角时θi时阵列的导向矢量，为第i个信源单位距离相位差；以第1个阵元为参考阵元，则第k个阵元的接收信号可以表示为：（2）其中，nk（t）为第k个阵元的加性高斯白噪声。2嵌套阵列DOA估计方法2.1Toeplitz矩阵重构传统的子空间类算法是通过接收信号的协方差矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间，然后进行DOA估计。但是接收信号为单快拍数据时，导致阵列协方差矩阵的秩小于信源个数，此时此类算法失效。文献［3］直接利用阵列接收的单快拍数据重构Toeplitz矩阵，实现了DOA估计。本文在文献［3］的基础上，将Toeplitz矩阵构造方法用于嵌套阵列。利用子阵1?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于奇异值分解的单快拍DOA估计方法[J]. 蒋柏峰,吴琨,吕晓德. 中国电子科学研究院学报. 2017(01)
[2]分布式嵌套阵列及其DOA估计[J]. 谢玉凤,白媛,马秀荣. 电讯技术. 2016(07)
[3]采用单次快拍数据实现信源DOA估计[J]. 梁浩,李小波,王磊. 数据采集与处理. 2013(01)
[4]采用单次快拍数据实现相干信号DOA估计[J]. 谢鑫,李国林,刘华文. 电子与信息学报. 2010(03)
[5]一种基于MUSIC算法的二次搜索解模糊方法[J]. 司锡才,唐建红,谢纪岭. 系统工程与电子技术. 2008(07)
[6]阵元间距对MUSIC算法的影响[J]. 郭跃,王宏远,周陬. 电子学报. 2007(09)
[7]MUSIC算法多值模糊问题研究[J]. 司伟建. 系统工程与电子技术. 2004(07)
本文编号：3415434
【文章来源】：火力与指挥控制. 2019,44(03)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
二级嵌套阵式中，为信源矢量；
?肯嗤?木?认?阵，嵌套阵列具有更大的阵列孔径。在相同的阵列孔径下嵌套阵需要的阵元数目更少，节约了硬件成本。文献［6-9］利用嵌套阵列进行DOA估计，增加了测向精度。但是这些算法都依赖多快拍数据，实时性较差。因此，本文提出了针对嵌套阵列的单快拍数据DOA估计算法。算法将嵌套阵列和单快拍数据的优点结合起来，利用单快拍数据构造两个Toeplitz矩阵，通过两次谱峰搜索得到高精度无模糊DOA估计。仿真实验通过与文献［3］对比进一步验证了算法的有效性。1信号模型假设有阵元数目为M的二级嵌套线阵，结构如图1所示，由两个均匀线阵（ULA）构成，每级ULA阵元个数相同为M/2。阵元位置坐标为z=［z1，z2，…，zM］，其中子阵1阵元间距d1=/2，子阵2阵元间距d2=/2。P个波长为的远场窄带不相关的信源以来波方向θi（i=1，2，…，P）入射到该阵列上，阵列的接收信号为：（1）图1二级嵌套阵式中，为信源矢量；是均值为0、方差为σn2的加性高斯白噪声矢量，并且与信源不相关；为M×P维阵列流形矩阵，为当信源入射角时θi时阵列的导向矢量，为第i个信源单位距离相位差；以第1个阵元为参考阵元，则第k个阵元的接收信号可以表示为：（2）其中，nk（t）为第k个阵元的加性高斯白噪声。2嵌套阵列DOA估计方法2.1Toeplitz矩阵重构传统的子空间类算法是通过接收信号的协方差矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间，然后进行DOA估计。但是接收信号为单快拍数据时，导致阵列协方差矩阵的秩小于信源个数，此时此类算法失效。文献［3］直接利用阵列接收的单快拍数据重构Toeplitz矩阵，实现了DOA估计。本文在文献［3］的基础上，将Toeplitz矩阵构造方法用于嵌套阵列。利用子阵1?
?肯嗤?木?认?阵，嵌套阵列具有更大的阵列孔径。在相同的阵列孔径下嵌套阵需要的阵元数目更少，节约了硬件成本。文献［6-9］利用嵌套阵列进行DOA估计，增加了测向精度。但是这些算法都依赖多快拍数据，实时性较差。因此，本文提出了针对嵌套阵列的单快拍数据DOA估计算法。算法将嵌套阵列和单快拍数据的优点结合起来，利用单快拍数据构造两个Toeplitz矩阵，通过两次谱峰搜索得到高精度无模糊DOA估计。仿真实验通过与文献［3］对比进一步验证了算法的有效性。1信号模型假设有阵元数目为M的二级嵌套线阵，结构如图1所示，由两个均匀线阵（ULA）构成，每级ULA阵元个数相同为M/2。阵元位置坐标为z=［z1，z2，…，zM］，其中子阵1阵元间距d1=/2，子阵2阵元间距d2=/2。P个波长为的远场窄带不相关的信源以来波方向θi（i=1，2，…，P）入射到该阵列上，阵列的接收信号为：（1）图1二级嵌套阵式中，为信源矢量；是均值为0、方差为σn2的加性高斯白噪声矢量，并且与信源不相关；为M×P维阵列流形矩阵，为当信源入射角时θi时阵列的导向矢量，为第i个信源单位距离相位差；以第1个阵元为参考阵元，则第k个阵元的接收信号可以表示为：（2）其中，nk（t）为第k个阵元的加性高斯白噪声。2嵌套阵列DOA估计方法2.1Toeplitz矩阵重构传统的子空间类算法是通过接收信号的协方差矩阵进行特征值分解得到信号子空间和噪声子空间，然后进行DOA估计。但是接收信号为单快拍数据时，导致阵列协方差矩阵的秩小于信源个数，此时此类算法失效。文献［3］直接利用阵列接收的单快拍数据重构Toeplitz矩阵，实现了DOA估计。本文在文献［3］的基础上，将Toeplitz矩阵构造方法用于嵌套阵列。利用子阵1?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于奇异值分解的单快拍DOA估计方法[J]. 蒋柏峰,吴琨,吕晓德. 中国电子科学研究院学报. 2017(01)
[2]分布式嵌套阵列及其DOA估计[J]. 谢玉凤,白媛,马秀荣. 电讯技术. 2016(07)
[3]采用单次快拍数据实现信源DOA估计[J]. 梁浩,李小波,王磊. 数据采集与处理. 2013(01)
[4]采用单次快拍数据实现相干信号DOA估计[J]. 谢鑫,李国林,刘华文. 电子与信息学报. 2010(03)
[5]一种基于MUSIC算法的二次搜索解模糊方法[J]. 司锡才,唐建红,谢纪岭. 系统工程与电子技术. 2008(07)
[6]阵元间距对MUSIC算法的影响[J]. 郭跃,王宏远,周陬. 电子学报. 2007(09)
[7]MUSIC算法多值模糊问题研究[J]. 司伟建. 系统工程与电子技术. 2004(07)
本文编号：3415434
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3415434.html
