一种比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法技术

本发明专利技术涉及一种比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法，在划分信号子空间和噪声子空间后，首先根据阵列结构在测向角度范围内生成每个角度的扫描方向矢量；第二，计算扫描方向矢量向信号子空间的投影矢量；第三，计算扫描方向矢量向噪声子空间的投影矢量；第四，选取扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值；第五，选取扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值；第六，构建测向目标函数，形成空间谱图，估计信号入射方向角度。本发明专利技术综合利用扫描方向矢量向信号子空间和噪声子空间投影矢量的极大值关系，构建了新的测向目标函数，具有超高的信号方向测向分辨率。具有超高的信号方向测向分辨率。具有超高的信号方向测向分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法


[0001]本专利技术涉及阵列信号处理中的测向领域，尤其是通过综合利用扫描方向矢量向信号子空间和噪声子空间投影矢量的极大值关系，构建新的测向目标函数，能够获得超高的信号测向分辨率。

技术介绍

[0002]测向是阵列信号处理的主要研究方向之一。早期雷达通过机械转动天线进行空中目标测向，接着相控阵雷达通过改变移相器相位进行空中目标测向，测向分辨率低；1959年Capon通过在主瓣方向约束增益不变的条件下使阵列输出平均功率极小化，提出了自适应波束形成器，显著提高了阵列测向分辨率，进入了高分辨测向时代。1986年Schmidt通过利用信号子空间和噪声子空间正交关系，提出了多重信号分类方法(MUSIC)，进入了超分辨测向时代。此后，技术进展较小。
[0003]鉴于以上分析，有必要研究新的具有超高测向分辨率的新方法，在超分辨测向的基础上，进一步提高测向分辨率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法，综合利用信号方向矢量与信号子空间等价关系、信号子空间和噪声子空间正交关系，分别计算扫描方向矢量向信号子空间的投影矢量、扫描方向矢量向噪声子空间的投影矢量，通过选取扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值、扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值，构建新的测向目标函数，从形成的空间谱图中估计出信号入射方向角度，具有超分辨测向能力。
[0005]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0006]本专利技术一种比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法，对阵列接收数据进行预处理，获得信号子空间和噪声子空间，根据阵列结构在测向角度范围内生成每个角度的扫描方向矢量，并利用信号方向矢量与信号子空间等价关系、信号方向矢量与噪声子空间正交关系，分别计算扫描方向矢量向信号子空间的投影矢量和扫描方向矢量向噪声子空间的投影矢量，进一步选取扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值和扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值，并构建新的测向目标函数，最后从形成的空间谱图中估计出信号入射方向角度，具有超分辨测向能力；
[0007]具体包括如下步骤：
[0008]步骤1、根据阵列结构在测向角度范围内生成每个角度的扫描方向矢量，当该角度与信号入射方向角度相同时，称扫描方向矢量为信号方向矢量，当该角度与信号入射方向角度不同时，称扫描方向矢量为其它扫描方向矢量；扫描方向矢量包括信号方向矢量和其它扫描方向矢量；
[0009]步骤2、对阵列接收数据预处理获得的信号子空间和噪声子空间，利用信号方向矢
量属于信号子空间、其它扫描方向矢量不完全属于或不属于信号子空间的性质，计算扫描方向矢量向信号子空间的投影矢量；
[0010]步骤3、对阵列接收数据预处理获得的信号子空间和噪声子空间，利用信号方向矢量不属于噪声子空间、其它扫描方向矢量属于或不完全属于噪声子空间的性质，计算扫描方向矢量向噪声子空间的投影矢量；
[0011]步骤4、选取扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值；
[0012]步骤5、选取扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值；
[0013]步骤6、根据步骤4的扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值和步骤5的扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值，构建新的测向目标函数，在入射方向角度范围内，计算超分辨测向目标函数的值，形成空间谱图，空间谱图的谱峰所对应的角度即为信号入射方向角度的估计值。
[0014]所述步骤1包括：
[0015]步骤1、根据阵列结构生成对应入射方向角度的扫描方向矢量，以线阵为例，M元阵列接收空间不同入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
的L个远场窄带信号，以下简称信号，L小于M，对于测向角度范围[
‑
90
°
,90
°
]内的每个角度θ，生成扫描方向矢量a(θ)，||||2是矢量l2范数算子；当该角度θ与信号入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
相同时，扫描方向矢量分别为a(θ1)、a(θ2)、
…
、a(θ
L
)，扫描方向矢量就是信号方向矢量，当该角度θ与信号入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
不同时，扫描方向矢量不是信号方向矢量，称为其它扫描方向矢量；
[0016]所述步骤2包括：
[0017]步骤2、对阵列接收数据预处理获得的信号子空间E
s
和噪声子空间E
n
，计算扫描方向矢量a(θ)向信号子空间E
s
的投影矢量b
s
(θ)：
[0018]b
s
(θ)＝E
s
E
sH
a(θ)，
‑
90
°
≤θ≤90
°
；
[0019]上标H是矩阵和矢量的共轭转置算子；对于信号入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
，信号方向矢量a(θ1)、a(θ2)、
…
、a(θ
L
)在信号子空间E
s
中，并与噪声子空间E
n
正交，信号方向矢量a(θ1)、a(θ2)、
…
、a(θ
L
)向信号子空间E
s
投影，投影矢量b
s
(θ1)、b
s
(θ2)、
…
、b
s
(θ
L
)的元素绝对值较大；对于其它入射方向角度θ，扫描方向矢量a(θ)不完全在信号子空间E
s
中，甚至在噪声子空间E
n
中，扫描方向矢量a(θ)向信号子空间E
s
的投影矢量b
s
(θ)的元素绝对值变小甚至为0。
[0020]所述步骤3包括：
[0021]步骤3、对阵列接收数据预处理获得的信号子空间E
s
和噪声子空间E
n
，计算扫描方向矢量a(θ)向噪声子空间E
n
的投影矢量b
n
(θ)：
[0022]b
n
(θ)＝E
n
E
nH
a(θ)，
‑
90
°
≤θ≤90
°
；
[0023]对于信号入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
，信号方向矢量a(θ1)、a(θ2)、
…
、a(θ
L
)向噪声子空间E
n
投影，投影矢量b
n
(θ1)、b
n
(θ2)、
…
、b
n
(θ
L
)的元素绝对值为0；对于其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法，其特征在于：对阵列接收数据进行预处理，获得信号子空间和噪声子空间，根据阵列结构在测向角度范围内生成每个角度的扫描方向矢量，并利用信号方向矢量与信号子空间等价关系、信号方向矢量与噪声子空间正交关系，分别计算扫描方向矢量向信号子空间的投影矢量和扫描方向矢量向噪声子空间的投影矢量，进一步选取扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值和扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值，并构建新的测向目标函数，最后从形成的空间谱图中估计出信号入射方向角度，具有超分辨测向能力；具体包括如下步骤：步骤1、根据阵列结构在测向角度范围内生成每个角度的扫描方向矢量，当该角度与信号入射方向角度相同时，称扫描方向矢量为信号方向矢量，当该角度与信号入射方向角度不同时，称扫描方向矢量为其它扫描方向矢量；步骤2、对阵列接收数据预处理获得的信号子空间和噪声子空间，利用信号方向矢量属于信号子空间、其它扫描方向矢量不完全属于或不属于信号子空间的性质，计算扫描方向矢量向信号子空间的投影矢量；步骤3、对阵列接收数据预处理获得的信号子空间和噪声子空间，利用信号方向矢量不属于噪声子空间、其它扫描方向矢量属于或不完全属于噪声子空间的性质，计算扫描方向矢量向噪声子空间的投影矢量；步骤4、选取扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值；步骤5、选取扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值；步骤6、根据步骤4的扫描方向矢量向信号子空间投影矢量的极大值和步骤5的扫描方向矢量向噪声子空间投影矢量的极大值，构建新的测向目标函数，在入射方向角度范围内，计算超分辨测向目标函数的值，形成空间谱图，空间谱图的谱峰所对应的角度即为信号入射方向角度的估计值。2.根据权利要求1所述的比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法，其特征在于：所述步骤1包括：步骤1、根据阵列结构生成对应入射方向角度的扫描方向矢量，M元阵列接收空间不同入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
的L个远场窄带信号，以下简称信号，L小于M，对于测向角度范围[
‑
90
°
,90
°
]内的每个角度θ，生成扫描方向矢量a(θ)，|| ||2是矢量l2范数算子；当该角度θ与信号入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
相同时，扫描方向矢量分别为a(θ1)、a(θ2)、
…
、a(θ
L
)，扫描方向矢量就是信号方向矢量，当该角度θ与信号入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
不同时，扫描方向矢量不是信号方向矢量，称为其它扫描方向矢量；扫描方向矢量包括信号方向矢量和其它扫描方向矢量。3.根据权利要求1所述的比较扫描方向矢量投影极大值的阵列超分辨测向方法，其特征在于：所述步骤2包括：步骤2、对阵列接收数据预处理获得的信号子空间E
s
和噪声子空间E
n
，计算扫描方向矢量a(θ)向信号子空间E
s
的投影矢量b
s
(θ)：b
s
(θ)＝E
s
E
sH
a(θ)，
‑
90
°
≤θ≤90
°
；上标H是矩阵和矢量的共轭转置算子；对于信号入射方向角度θ1、θ2、...、θ
L
，信号方向
矢量a(θ1)、a(θ2)、
…
、a(θ
L
)在信号子空间E
s
中，并与噪声子空间E
n
正交，信号方向矢量a(θ1)、a(θ2)、
…
、a(θ
L
)向信号子空间E
s
投影，投影矢量b
s
(θ1)、b
s
(θ2)、
…
、b
s...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶中付，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：