【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阵列信号处理领域，涉及一种波束空间增强信号的doa估计方法。
技术介绍
1、信号在传播过程中易受地形、气候和环境影响，产生折射、反射，变成多路径信号。这些多径信号往往是相干信号，处理相干信号时，传统的子空间类和波束形成算法的doa估计方法估计性能下降或者导致失败，寻找一种有效的相干信号doa估计方法一直是研究领域的热点。空间平滑技术是最早解决相干信号doa估计问题的方法，但这种方法存在着减小阵列孔径的问题，而且数据协方差矩阵的恢复不能完全消除信号的相干性。jiang等人在2021年提出了一种基于空间平滑的利用虚拟阵元处理相干信号与非相干信号方法，取阵列接收数据协方差矩阵的第一行与第一列作为单次快拍接收数据。
2、传统的处理相干信号与非相干的算法是由空间平滑或协方差矩阵重构方法牺牲阵列孔径来达到解相干的目的，非均匀阵列获得虚拟阵元思想是由协方差矩阵中的元素可以看作单次快拍的数据，但由于相干信号的存在，该思想的类似方法将会失效，相干信号在协方差矩阵特征值分解以后的信号功率矩阵是块对角阵，因此应用虚拟阵元处理相干信号是非常具有研究意义，本专利技术提出了一种阵元之间相互的共轭相关处理，对接收信号的采样进行时间延时，从而获得虚拟阵元，在经过该方法处理后，获得一组新的信号，由于阵元间处理的信号在共轭相关过程中进行了处理去噪，每个阵元的噪声是统计独立的，因此噪声的影响将被减弱，该信号是经过两个阵元进行相关处理后获得，新的类接收信号进行去噪声处理，获得更高的信噪比，扩充了对称的负半轴虚拟阵列，使得一些相干信号和非相干信
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于波束空间增强信号的doa估计方法。
2、一种基于波束空间增强信号的doa估计方法步骤如下：
3、步骤一、进行稀疏非均匀阵列排布，利用该非均匀阵列接收多组群相干与非相干混合源信号y(t)；
4、k个远场窄带信号来波方向为θk入射到非均匀阵列上，设置阵列的基础阵元间距d为λ/2，λ是信号波长；将第k个源信号表示为其中ωc是载波频率，ωk是一个小的频率偏移量，对于不同的源信号，频率偏移量不同，βk表示信号的复振幅，解调后得到，第k信号表示为稀疏非均匀阵列有m阵元，阵元的位置分别为{0，d1，d2，...，dm-1}，假设有p组相干族群，第p个相干族群中有lp个相干信号，第p个相干族群中的第l个相干信号来波方向表示为θp，l。所有相干族群中一共包含个信号，该族群内的信号与其他族群的信号是非相干的，当该族群只包含一个信号时，则为非相干信号，非相干信号的个数为ku，相干信号的个数为kc，阵元接收的数据可以表示为：阵列流型表示为：其中导向矢量[.]t表示矩阵转置运算，其中βp，l表示第p个相干族群中的第l个信号的复振幅，ωp表示第p个相干族群的频率，n(t)代表阵列接收信号时m维的高斯白噪声。
5、步骤二、计算第一个阵元接收信号的共轭信号和第m个阵元接收信号延时时间τl后的共轭信号的数据相关函数(τl)，该相关处理增强了信噪比，由m个相关函数按照顺序排列构成实际阵元对应的阵列信号向量ry(τl)＝a(θ)r(τl)，按照同样的方式计算l个时间延时对应的原始阵列的时延差采样的数据矩阵ry(τ)。
6、计算第一个阵元的接收信号的共轭信号和第m个阵元的接收信号延时时间τl后的共轭信号的数据相关函数y1(t)和的n次同步采样接收数据得到接收数据y1(t)＝[y1(1)，y1(2)，…y1(n)]，其中τl＝lt，t表示采样间隔。
7、m个相关函数按照顺序排列构成实际阵元对应的阵列信号向量的单次伪快拍的数据虚拟阵列流型，其中
8、
9、接收信号复振幅表示第p组信号的第i个信号的复振幅，(.)*表示矩阵共轭运算。按照这样的方式计算l个延时时间构成的数据矩阵ry(τ)＝[ry(τ1)，ry(τ2)，…，ry(τl)，…，ry(τl)]；
10、步骤三、计算第m个阵元的接收数据的共轭信号和第一个阵元的接收信号延时时间τl后数据y1(t+τl)的数据相关函数m个相关函数按照倒序排列构成基于相干和非相干信号虚拟阵元对应的阵列信号向量按照这样的方式计算l个时间延时构成的原始阵列的时延差采样的数据矩阵
11、将所有阵元的接收数据的共轭信号与第一个阵元的接收信号延时时间τl后进行相关处理得到将阵列的所有阵元依次按阵元位置的降序排列构造负半轴虚拟阵列的单次伪快拍接收数据，得到表达式：其中
12、
13、为负半轴的虚拟阵列流型，表示负半轴的阵列接收数据，该负半轴是本专利技术所述的方法经过相关处理得到阵列的虚拟负半轴。
14、按照这样的方式计算l个延时时间构成虚拟阵列的时延差采样数据矩阵
15、将扩充的虚拟阵列与原始阵列的时延差采样的数据垒起来得到阵列数据其中阵列流型矩阵表示为：增强信号的导向矢量为：acol(θ)＝aextend(θ)b，acol(θ)＝[ac1，ac2，...，acp，...，acp]，acol(θ)物理意义为阵列接收来波角度θ的阵列响应。其中αp是相关系数构成的相关系数矢量，r(τ)＝brs(τ)，b＝blkdiag(α1，α2，…，αp)∈ck×p，表示产生以α1，α2，…，αp为对角线元素的矩阵，rs(τ)＝[r1(τ)，r2(τ)，…，rp(τ)]t∈cp×1。
16、将y(τ)中的第m行和第m+1行中的相加求平均作为第m+1行的元素，然后去掉第m行的元素，y(τ)是(2m-1)×l维的矩阵。
17、步骤四、将阵列划分成多个子阵，利用capon波束形成算法，对信号进行波束扫描，得到一组基于capon波束形成算法得到的波束角度θb，应用波束权对每个子阵进行波束矢量加权。构造的波束空间矩阵解相干后得到数据
18、由步骤三得到新的虚拟阵列的接收信号为y(τ)＝4extend(θ)r(τ)，y(τ)∈c(2m-1)×1为阵列孔径大小为2m-1均匀线阵的接收信号，首先将2m-1个阵元接收信号划分为g个均匀子线阵，其中每个子阵包含d个阵元，d＝2(m-1)-g，d＞k，τ＝t，2t，…，lt。其中第m个子阵的接收信号为：ym(τ)＝[y-m+m-2(τ)，…，y-m+m+d-3(τ)]t＝aemr(τ)＝ae1фm-1r(τ)，m＝1，2…，g。其中ae1为包含d个阵元的第一个子阵的阵列流型，aem代表包含d个阵元的第m个子阵的阵列流型，由步骤二提出的算法进行去噪来提高信噪比，色噪声对虚拟阵列扩充的信号影响很小，ф矩阵为包含doa信息的相邻子阵之间的旋转不变关系对角阵。第一个子阵的阵列流型ae1与子阵之间的旋转不变关系矩阵ф分别表示为：
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21、利用capon波束形成算法，对信号进行波束扫描，得到一组基于capon波束形成算法得到的波束初始扫描角度θb；
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【技术保护点】
1.一种基于波束空间增强信号的DOA估计方法，该方法包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于波束空间增强信号的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王兰美，梁琪，何冰琳，武颖丽，王桂宝，孙长征，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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