本發(fā)明涉及陣列信號處理，尤其涉及一種互補互質(zhì)陣列及其波達(dá)方向(direction?of?arrival，doa)估計方法。

背景技術(shù)：

1、空間譜估計作為陣列信號處理領(lǐng)域中的重點研究方向，是指對空間內(nèi)同一時間到達(dá)某個區(qū)域的多個信號進(jìn)行分辨，并確定這些信號的位置，也稱為doa估計或者測向。在實際應(yīng)用場景中，目標(biāo)信號通常是多種多樣的，因此采用合適的陣列結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的doa估計算法具有重要意義?；诰鶆蜿嚵械膁oa估計算法要求陣元間距不能超過入射信號的半波長，為了增大陣列孔徑，常用的方法是增加陣元個數(shù)，但陣元數(shù)目越多，陣列處理接收數(shù)據(jù)的時間越長，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，并且當(dāng)陣元間距過小時，過多的陣元數(shù)會導(dǎo)致互耦現(xiàn)象，處理方法也比較復(fù)雜。針對上述問題，研究人員提出了稀疏陣列的概念，稀疏陣列采用陣元間非均勻分布的排布形式，能夠增大陣列孔徑，提高陣列自由度，從而能夠?qū)Υ笥陉囋獢?shù)的信源進(jìn)行doa估計。但稀疏陣列中的互質(zhì)陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計還不夠成熟，仍然有很多問題值得深入研究，例如，構(gòu)造的虛擬陣列是不連續(xù)的和存在空洞等問題。因此，對互質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在理論方面和實際應(yīng)用中都有著重要的研究意義和價值。

2、目前，用于doa估計的陣列為經(jīng)典稀疏陣列，經(jīng)典稀疏陣列包括嵌套類陣列和互質(zhì)類陣列。嵌套類陣列可以通過解析式唯一確定，但嵌套類陣列中存在較多小間距陣元對，易受互耦效應(yīng)影響；互質(zhì)類陣列中的k級拓展互質(zhì)陣(k-times?extended?coprime?array，keca)增大了物理陣列孔徑，對keca虛擬陣列中的孔洞位置進(jìn)行分析，并通過配置兩個密集子陣填充孔洞，構(gòu)造一個無孔的互差虛擬陣列，提升了自由度，但密集子陣的引入同時也增大了陣列的互耦泄漏；使得嵌套類陣列和互質(zhì)類陣列的自由度與互耦泄漏的不可控失衡，進(jìn)而使得估計的doa的準(zhǔn)確性較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例的目的是提供一種互補互質(zhì)陣列及其doa估計方法，解決嵌套類陣列和互質(zhì)類陣列的自由度與互耦泄漏的不可控失衡，以及估計的doa的準(zhǔn)確性較低的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供一種互補互質(zhì)陣列，互補互質(zhì)陣列包括自左向右依次排布的第一子陣、第二子陣、第三子陣和第四子陣；第一子陣包括第一稀疏子陣和第一單元子陣，第一稀疏子陣包括n個陣元，且n個陣元均勻排布，第一稀疏子陣的陣元間距為m，第一單元子陣包括1個陣元；第二子陣包括u1+1個陣元，第二子陣的陣元間距為nd；第三子陣和第四子陣均包括2個陣元，第三子陣和第四子陣的陣元間距均為nd+3；第一子陣與第二子陣的間距為nd+3，第二子陣與第三子陣的間距為nd，第三子陣與第四子陣的間距為nd-5，第四子陣為將第三子陣向右平移2n個距離單元所形成的，n和m為互質(zhì)數(shù)。

4、本發(fā)明第二方面提供一種互補互質(zhì)陣列的doa估計方法，doa估計方法包括：

5、根據(jù)互質(zhì)陣列，構(gòu)建第一單元子陣和第三子陣；

6、將第一單元子陣和第三子陣添加到互質(zhì)陣列中，得到填充后的陣列；

7、將第三子陣向右平移2n個距離單元，得到第四子陣；

8、將第四子陣添加到填充后的陣列中，生成互補互質(zhì)陣列；

9、根據(jù)互補互質(zhì)陣列，建立接收信號模型，并根據(jù)信源信號獲得接收信號，接收信號為符合接收信號模型的實際信號；

10、根據(jù)空間平滑多重信號分類算法對接收信號進(jìn)行doa估計。

11、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的互補互質(zhì)陣列包括自左向右依次排布的第一子陣、第二子陣、第三子陣和第四子陣；第一子陣包括第一稀疏子陣和第一單元子陣，第一稀疏子陣包括n個陣元，且n個陣元均勻排布，第一稀疏子陣的陣元間距為m，第一單元子陣包括1個陣元；第二子陣包括u1+1個陣元，第二子陣的陣元間距為nd；第三子陣和第四子陣均包括2個陣元，第三子陣和第四子陣的陣元間距均為nd+3；第一子陣與第二子陣的間距為nd+3，第二子陣與第三子陣的間距為nd，第三子陣與第四子陣的間距為nd-5，第四子陣為將第三子陣向右平移2n個距離單元所形成的。這樣，采用自左向右依次排布的第一子陣、第二子陣、第三子陣和第四子陣，能夠?qū)υ嫉幕ベ|(zhì)陣列擴(kuò)展以填充對原始的互質(zhì)陣列對應(yīng)的虛擬陣列孔洞，使得互補互質(zhì)陣列的自由度與互耦泄漏的可控平衡，進(jìn)而使得估計的doa的準(zhǔn)確性較高。

技術(shù)特征：

1.一種互補互質(zhì)陣列，其特征在于，所述互補互質(zhì)陣列包括自左向右依次排布的第一子陣、第二子陣、第三子陣和第四子陣；所述第一子陣包括第一稀疏子陣和第一單元子陣，所述第一稀疏子陣包括n個陣元，且n個陣元均勻排布，所述第一稀疏子陣的陣元間距為m，所述第一單元子陣包括1個陣元；所述第二子陣包括u1+1個陣元，所述第二子陣的陣元間距為nd；所述第三子陣和所述第四子陣均包括2個陣元，所述第三子陣和所述第四子陣的陣元間距均為nd+3；所述第一子陣與所述第二子陣的間距為nd+3，所述第二子陣與所述第三子陣的間距為nd，所述第三子陣與所述第四子陣的間距為nd-5，所述第四子陣為將所述第三子陣向右平移2n個距離單元所形成的，n和m為互質(zhì)數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補互質(zhì)陣列，其特征在于，所述互補互質(zhì)陣列的物理陣元位置集合為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的互補互質(zhì)陣列，其特征在于，所述互補互質(zhì)陣列對應(yīng)的連續(xù)虛擬陣元的位置范圍為[-u2-n-8,u2+n+8]，所述互補互質(zhì)陣列對應(yīng)的連續(xù)虛擬陣元個數(shù)為2u2+2n+17，其中，u2為所述第三子陣的起始位置，n為所述第一稀疏子陣的陣元個數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述第二子陣、所述第三子陣和所述第四子陣均向右平移3個單位間距，分別得到目標(biāo)第二子陣、目標(biāo)第三子陣和目標(biāo)第四子陣；所述第一子陣、所述目標(biāo)第二子陣、所述目標(biāo)第三子陣和所述目標(biāo)第四子陣形成了目標(biāo)互補互質(zhì)陣列，所述第一子陣與所述第二子陣的間距為nd+6。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)補互質(zhì)陣列的物理陣元位置集合為：

6.一種互補互質(zhì)陣列的doa估計方法，其特征在于，所述doa估計方法采用權(quán)利要求1-5中任一項所述的互補互質(zhì)陣列實現(xiàn)，所述doa估計方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的doa估計方法，其特征在于，所述互質(zhì)陣列由第一稀疏子陣和預(yù)設(shè)子陣組成，所述將所述第一單元子陣和所述第三子陣添加到所述互質(zhì)陣列中，得到填充后的陣列，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的doa估計方法，其特征在于，所述互補互質(zhì)陣列對應(yīng)的物理陣元位置集合的表達(dá)式為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的doa估計方法，其特征在于，在將所述第四子陣添加到所述填充后的陣列中，生成互補互質(zhì)陣列之后，所述doa估計方法還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的doa估計方法，其特征在于，所述目標(biāo)互補互質(zhì)陣列對應(yīng)的物理陣元位置集合的表達(dá)式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種互補互質(zhì)陣列及其DOA估計方法，涉及陣列信號處理技術(shù)領(lǐng)域。包括：自左向右依次排布的第一子陣、第二子陣、第三子陣和第四子陣；第一子陣包括第一稀疏子陣和第一單元子陣，第一稀疏子陣包括N個陣元，且N個陣元均勻排布，第一稀疏子陣的陣元間距為M，第一單元子陣包括1個陣元；第二子陣包括U<subgt;1</subgt;+1個陣元，第二子陣的陣元間距為N<subgt;d</subgt;；第三子陣和第四子陣均包括2個陣元，第三子陣和第四子陣的陣元間距均為N<subgt;d</subgt;+3；第一子陣與第二子陣的間距為N<subgt;d</subgt;+3，第二子陣與第三子陣的間距為N<subgt;d</subgt;，第三子陣與第四子陣的間距為N<subgt;d</subgt;?5，第四子陣為將第三子陣向右平移2N個距離單元所形成的。這樣，互補互質(zhì)陣列的自由度與互耦泄漏的可控平衡，估計的DOA準(zhǔn)確性較高。

技術(shù)研發(fā)人員：王尹圣,任龍飛,梅俸銅,張學(xué)攀,趙嘉懿,賈伯陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30