針對嵌套陣列DOA估計實時性不好的問題,提出了一種基于單快拍數(shù)據(jù)的估計算法。該算法將嵌套陣分為陣元間距等于信號半波長和陣元間距大于信號半波長的兩個均勻子陣。利用兩子陣接收的單快拍數(shù)據(jù)分別構(gòu)造Toeplitz矩陣,然后進行特征值分解結(jié)合MUSIC算法得到低精度無模糊的DOA估計和高精度有模糊的DOA估計,最后結(jié)合解模糊算法得到高精度無模糊DOA估計。在陣列孔徑相同的條件下,相比于陣元間距等于信號半波長的均勻線陣,算法需要的陣元個數(shù)較少,節(jié)約了硬件成本。該算法具有較好的實時性,并且擁有較高的測向精度。仿真結(jié)果證明了算法的有效性。 

【文章來源】：火力與指揮控制. 2019,44(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

二級嵌套陣式中，為信源矢量；

?肯嗤?木?認?陣，嵌套陣列具有更大的陣列孔徑。在相同的陣列孔徑下嵌套陣需要的陣元數(shù)目更少，節(jié)約了硬件成本。文獻［6-9］利用嵌套陣列進行DOA估計，增加了測向精度。但是這些算法都依賴多快拍數(shù)據(jù)，實時性較差。因此，本文提出了針對嵌套陣列的單快拍數(shù)據(jù)DOA估計算法。算法將嵌套陣列和單快拍數(shù)據(jù)的優(yōu)點結(jié)合起來，利用單快拍數(shù)據(jù)構(gòu)造兩個Toeplitz矩陣，通過兩次譜峰搜索得到高精度無模糊DOA估計。仿真實驗通過與文獻［3］對比進一步驗證了算法的有效性。1信號模型假設(shè)有陣元數(shù)目為M的二級嵌套線陣，結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個均勻線陣（ULA）構(gòu)成，每級ULA陣元個數(shù)相同為M/2。陣元位置坐標為z=［z1，z2，…，zM］，其中子陣1陣元間距d1=/2，子陣2陣元間距d2=/2。P個波長為的遠場窄帶不相關(guān)的信源以來波方向θi（i=1，2，…，P）入射到該陣列上，陣列的接收信號為：（1）圖1二級嵌套陣式中，為信源矢量；是均值為0、方差為σn2的加性高斯白噪聲矢量，并且與信源不相關(guān)；為M×P維陣列流形矩陣，為當(dāng)信源入射角時θi時陣列的導(dǎo)向矢量，為第i個信源單位距離相位差；以第1個陣元為參考陣元，則第k個陣元的接收信號可以表示為：（2）其中，nk（t）為第k個陣元的加性高斯白噪聲。2嵌套陣列DOA估計方法2.1Toeplitz矩陣重構(gòu)傳統(tǒng)的子空間類算法是通過接收信號的協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到信號子空間和噪聲子空間，然后進行DOA估計。但是接收信號為單快拍數(shù)據(jù)時，導(dǎo)致陣列協(xié)方差矩陣的秩小于信源個數(shù)，此時此類算法失效。文獻［3］直接利用陣列接收的單快拍數(shù)據(jù)重構(gòu)Toeplitz矩陣，實現(xiàn)了DOA估計。本文在文獻［3］的基礎(chǔ)上，將Toeplitz矩陣構(gòu)造方法用于嵌套陣列。利用子陣1?

?肯嗤?木?認?陣，嵌套陣列具有更大的陣列孔徑。在相同的陣列孔徑下嵌套陣需要的陣元數(shù)目更少，節(jié)約了硬件成本。文獻［6-9］利用嵌套陣列進行DOA估計，增加了測向精度。但是這些算法都依賴多快拍數(shù)據(jù)，實時性較差。因此，本文提出了針對嵌套陣列的單快拍數(shù)據(jù)DOA估計算法。算法將嵌套陣列和單快拍數(shù)據(jù)的優(yōu)點結(jié)合起來，利用單快拍數(shù)據(jù)構(gòu)造兩個Toeplitz矩陣，通過兩次譜峰搜索得到高精度無模糊DOA估計。仿真實驗通過與文獻［3］對比進一步驗證了算法的有效性。1信號模型假設(shè)有陣元數(shù)目為M的二級嵌套線陣，結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個均勻線陣（ULA）構(gòu)成，每級ULA陣元個數(shù)相同為M/2。陣元位置坐標為z=［z1，z2，…，zM］，其中子陣1陣元間距d1=/2，子陣2陣元間距d2=/2。P個波長為的遠場窄帶不相關(guān)的信源以來波方向θi（i=1，2，…，P）入射到該陣列上，陣列的接收信號為：（1）圖1二級嵌套陣式中，為信源矢量；是均值為0、方差為σn2的加性高斯白噪聲矢量，并且與信源不相關(guān)；為M×P維陣列流形矩陣，為當(dāng)信源入射角時θi時陣列的導(dǎo)向矢量，為第i個信源單位距離相位差；以第1個陣元為參考陣元，則第k個陣元的接收信號可以表示為：（2）其中，nk（t）為第k個陣元的加性高斯白噪聲。2嵌套陣列DOA估計方法2.1Toeplitz矩陣重構(gòu)傳統(tǒng)的子空間類算法是通過接收信號的協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到信號子空間和噪聲子空間，然后進行DOA估計。但是接收信號為單快拍數(shù)據(jù)時，導(dǎo)致陣列協(xié)方差矩陣的秩小于信源個數(shù)，此時此類算法失效。文獻［3］直接利用陣列接收的單快拍數(shù)據(jù)重構(gòu)Toeplitz矩陣，實現(xiàn)了DOA估計。本文在文獻［3］的基礎(chǔ)上，將Toeplitz矩陣構(gòu)造方法用于嵌套陣列。利用子陣1?

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]分布式嵌套陣列及其DOA估計[J]. 謝玉鳳,白媛,馬秀榮.  電訊技術(shù). 2016(07)
[3]采用單次快拍數(shù)據(jù)實現(xiàn)信源DOA估計[J]. 梁浩,李小波,王磊.  數(shù)據(jù)采集與處理. 2013(01)
[4]采用單次快拍數(shù)據(jù)實現(xiàn)相干信號DOA估計[J]. 謝鑫,李國林,劉華文.  電子與信息學(xué)報. 2010(03)
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[6]陣元間距對MUSIC算法的影響[J]. 郭躍,王宏遠,周陬.  電子學(xué)報. 2007(09)
[7]MUSIC算法多值模糊問題研究[J]. 司偉建.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2004(07)



本文編號：3415434