一种用于二维DOA估计的互质平面阵列结构及布阵方法技术

本发明专利技术公开了一种用于二维DOA估计的互质平面阵列结构及布阵方法，属于平面阵列布局的技术领域。本发明专利技术所提出的阵列结构SDCPA包括三个均匀矩形子阵列，在水平方向上对称分布，子阵2与3相较于子阵1在水平和垂直方向上均有移位，整个结构呈“门”型。SDCPA结构的阵元位置具有解析表达式，拓展了阵列孔径，且能获得高于已有互质面阵的自由度。因此本发明专利技术能够结合常规的信号到达角估计算法实现更高精度的二维DOA估计。维DOA估计。维DOA估计。

【技术实现步骤摘要】
Letters,vol.25,no.1,pp.157
–
160,2020》提出了一种孔洞填充的方法，通过在合适位置添加两个额外阵元，有效填补上互质面阵差分阵中的部分孔洞，使得自由度得到进一步提高。
[0004]在本专利技术的技术方案的实现过程中，专利技术人发现：目前，稀疏面阵研究的重点就在于设计出有闭合表达式的阵列，从阵列结构上提升自由度或减小互耦，但现有的研究仍不够深入，阵列性能仍有改进空间。因此，基于互质规律，设计出自由度高的新型面阵结构对二维DOA的精确估计具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种用于二维DOA估计的互质平面阵列结构及布阵方法，用于提升二维DOA估计精度和增加可估计的信源数。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种用于二维DOA估计的互质平面阵列结构，包括三个分布于二维平面的均匀矩形子阵S1、S2和S3；
[0007]所述均匀矩形子阵S1包含(4M1‑
1)N2个阵元，子阵S1的阵元位置集合为：S1＝{(x,y)|x∈X1,y∈Y1}；其中，(x,y)表示阵元的二维平面坐标，X1、Y1分别表示子阵S1的阵元位置的横坐标值域和纵坐标值域，X1＝{N1m
‑
N1(2M1‑
1)|m∈[0,4M1‑
2]}，Y1＝{L2+M2n|n∈[0,N2‑
1]}，M1和N1、M2和N2为两组预置的互质整数，其中，L2表示子阵S1相较于坐标原点的纵向移位，m、n为整数；
[0008]所述均匀矩形子阵S2包含(4M2‑
1)N1个阵元，子阵S2的阵元位置集合为S2＝{(x,y)|x∈X2,y∈Y2}；其中，X2、Y2分别表示子阵S2的阵元位置的横坐标值域和纵坐标值域，X2＝{L1+M1n|n∈[0,N1‑
1]}，Y2＝{N2m
‑
N2(2M2‑
1)|m∈[0,4M2‑
2]}，其中，L1表示子阵S2相较于坐标原点的横向移位；
[0009]所述均匀矩形子阵S3包含(4M2‑
1)N1个阵元，子阵S3的阵元位置集合为S3＝{(x,y)|x∈
‑
X2,y∈Y2}；
[0010]去除均匀矩形子阵S1、S2和S3之间的冗余阵元得到互质平面阵列结构，所述互质平面阵列结构的阵元位置为：Sd＝(S1∪S2∪S3)d，其中，d表示单位阵元间距，d≤λ/2，λ表示载波波长。
[0011]另一方面，本专利技术还提供了一种用于二维DOA估计的互质平面阵列的布阵方法，包括下列步骤：
[0012]步骤1：配置阵列参数信息，包括：两组互质整数M1和N1，以及M2和N2，阵元间距d，其中d≤λ/2，λ表示载波波长；
[0013]步骤2：设置三个均匀矩形子阵S1、S2和S3：
[0014]所述均匀矩形子阵S1包含(4M1‑
1)N2个阵元，子阵S1的阵元位置集合为S1＝{(x,y)|x∈X1,y∈Y1}；其中，(x,y)表示阵元的二维平面坐标，X1、Y1分别表示子阵S1的阵元位置的横坐标值域和纵坐标值域，X1＝{N1m
‑
N1(2M1‑
1)|m∈[0,4M1‑
2]}，Y1＝{L2+M2n|n∈[0,N2‑
1]}，M1和N1、M2和N2为两组预置的互质整数，L2表示子阵S1相较于坐标原点的纵向移位；
[0015]所述均匀矩形子阵S2包含(4M2‑
1)N1个阵元，子阵S2的阵元位置集合为S2＝{(x,y)|x∈X2,y∈Y2}；其中，X2、Y2分别表示子阵S2的阵元位置的横坐标值域和纵坐标值域，X2＝{L1+M1n|n∈[0,N1‑
1]}，Y2＝{N2m
‑
N2(2M2‑
1)|m∈[0,4M2‑
2]}，L1表示子阵S2相较于坐标原点的横向移位；
[0016]所述均匀矩形子阵S3与均匀矩形子阵S2关于纵坐标对称分布；
[0017]步骤3：去除三个子阵之间的冗余阵元位置，得到互质平面阵列结构，所述互质平面阵列结构的阵元位置为：Sd＝(S1∪S2∪S3)d。
[0018]本专利技术实施例提供的技术方案至少带来如下有益效果：
[0019]在本专利技术中，所提出的阵列对称分布，具有规律的闭合表达式；受互耦影响小；阵元数一定时，相较于现有互质面阵可获得更高的自由度。从而可实现低成本，高测向精度的二维DOA估计。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的用于二维DOA估计的互质平面阵列结的示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例中，不同稀疏阵列结构自由度随阵元总数变化的关系示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例中，不同稀疏阵列结构DOA估计值与实际值的关系示意图，其中，(3
‑
a)表示URA结构，(3
‑
b)表示SIRC结构，(3
‑
c)表示CCPA结构，(3
‑
d)表示本专利技术实施例提出的对称移位互质面阵(SDCPA)结构；
[0024]图4为本专利技术实施例中，不同稀疏阵列结构DOA估计性能随SNR变化的关系示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例中，不同稀疏阵列结构DOA估计性能随快拍数变化的关系示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例中，不同稀疏阵列结构DOA估计性能随信源数变化的关系示意图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0028]针对现有互质面阵自由度较小，导致二维DOA估计精度不高的技术问题，本专利技术实施例提出了一种对称移位互质面阵(Symmetric displaced coprime planar array,SDCPA)的阵列结构，其中，阵元(物理阵元)可以是天线单元、传感器等阵列单元，该结构在阵列单元(如天线单元)数相同的情况下，能够获得比现有互质面阵更高的自由度，从而有效提高二维DOA估计精度和增加可估计的信源数。
[0029]本专利技术实施例提供的一种用于二维DOA估计的互质平面阵列结构，包括三个分布于二维平面的均匀矩形子阵S1、S2和S3；
[0030]所述均匀矩形子阵S1包含(4M1‑
1)N2个阵元，子阵S1的阵元位置集合为：S1＝{(x,y)|x∈X1,y∈Y1}；其中，(x,y)表示阵元的二维平面坐标，X1、Y1分别表示子阵S1的阵元位置的横坐标值域和纵坐标值域，X1＝{N1m
‑
N1(2M1‑
1)|m∈[0,4M1‑
2]}，Y1＝{L2+M2n|n∈[0,N2‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于二维DOA估计的互质平面阵列结构，其特征在于，包括三个分布于二维平面的均匀矩形子阵S1、S2和S3；所述均匀矩形子阵S1包含(4M1‑
1)N2个阵元，子阵S1的阵元位置集合为：S1＝{(x,y)|x∈X1,y∈Y1}；其中，(x,y)表示阵元的二维平面坐标，X1、Y1分别表示子阵S1的阵元位置的横坐标值域和纵坐标值域，X1＝{N1m
‑
N1(2M1‑
1)|m∈[0,4M1‑
2]}，Y1＝{L2+M2n|n∈[0,N2‑
1]}，M1和N1、M2和N2为两组预置的互质整数，其中，L2表示子阵S1相较于坐标原点的纵向移位；所述均匀矩形子阵S2包含(4M2‑
1)N1个阵元，子阵S2的阵元位置集合为S2＝{(x,y)|x∈X2,y∈Y2}；其中，X2、Y2分别表示子阵S2的阵元位置的横坐标值域和纵坐标值域，X2＝{L1+M1n|n∈[0,N1‑
1]}，Y2＝{N2m
‑
N2(2M2‑
1)|m∈[0,4M2‑
2]}，其中，L1表示子阵S2相较于坐标原点的横向移位；所述均匀矩形子阵S3包含(4M2‑
1)N1个阵元，子阵S3的阵元位置集合为S3＝{(x,y)|x∈
‑
X2,y∈Y2}；去除均匀矩形子阵S1、S2和S3之间的冗余阵元得到互质平面阵列结构，所述互质平面阵列结构的阵元位置为：Sd＝(S1∪S2∪S3)d，其中，d表示单位阵元间距，d≤λ/2，λ表示载波波长。2.如权利要求1所述的互质平面阵列结构，其特征在于，横向移位L1和纵向移位L2分别为：3.如权利要求1或2所述的互质平面阵列结构，其特征在于，将子阵S1替换为均匀矩形子阵S
′1，子阵S
′1包括(4M1‑
1)N2个阵元，其阵元位置集合为：S
′1＝{(x,...

【专利技术属性】
技术研发人员：童文茹，郑植，王文钦，王婷，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：