【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阵列信号处理领域，具体涉及一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法。
技术介绍
1、阵列信号处理又称为空域信号处理，是现代信号处理领域一个十分重要的分支，在雷达、无线通信、地震勘探、生物医学等领域均获得了广泛应用和迅速发展。目前，许多经典的测向算法都是针对均匀阵列提出的，为避免出现测向角度模糊，阵列中相邻阵元间距往往被限制在信号的半波长以内。由于阵列的测向精度与阵列孔径呈正相关，传统均匀阵一般只能通过堆积阵元数目实现阵列孔径的扩展，从而提升阵列性能，但是这样做会提升系统成本和复杂度。此外，紧密的阵元排布方式使得互耦效应的影响不可忽略，造成阵列性能的下降。
2、稀疏阵列的提出为上述问题的解决提供了一种新的思路，突破了阵元间距不大于半波长的限制，相比传统满秩阵具有更高的测向精度、更小的互耦影响等优势，但是普通的稀疏阵列并不能很好地解模糊。互质阵列是稀疏阵列的一种主要阵型，典型的互质阵列由两个稀疏的均匀子阵交错排布构成，两个子阵的阵元数和阵元间距存在互质关系，利用该阵列结构的互质特性即可消除测向模糊。相同阵元数条件下，互质阵列相比均匀阵列能够扩展阵列孔径、提高空间自由度、提高空间谱估计精度和分辨率，正成为稀疏阵中一个热门研究方向。但是普通的互质阵列虚拟出的阵元会有重复，造成了资源浪费。因此，布置一套虚拟阵元重复率低的阵列，将会对提高系统的测向精度的研究非常有意义。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于二维改进互质阵
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，包括如下步骤：
3、s1：设定两个互质数m1,m2作为子阵一和子阵二的阵元数目，其中m1＝m2-1；
4、s2：引入压缩因子，压缩子阵一的阵元间距用于消除虚拟阵元的孔洞；
5、s3：引入偏移因子，偏移子阵二的初始位置，同时删除子阵二的第一个阵元，保持总阵元数目不变；
6、s4：将一维互质阵列扩展到二维空间获得二维互质阵列；
7、s5：将步骤s4的二维互质阵列作为接收阵列，在每一个阵元位置放置正交天线，利用秩亏损music算法完成最终doa估计。
8、进一步地，所述步骤s1中子阵一的阵元间距为m2λ/2，子阵二的阵元间距为m1λ/2，λ表示波长。
9、进一步地，所述步骤s1中子阵一和子阵二所有阵元位置的集合为：
10、{s1∪s2＝mm2λ/2∪nm1λ/2,m＝0,1,2...m1-1,n＝0,1,2...m2-1} (1)
11、将m2＝m1+1带入式(1)可得：
12、{s1∪s2＝m(m1+1)λ/2∪nm1λ/2,m＝0,1,2...m1-1,n＝0,1,2...m1} (2)
13、子阵一和子阵二通过自差和互差虚拟出的阵元位置合集为：
14、{ld1∪ld2＝m(m1+1)λ/2∪nm1λ/2∪±(m1(n-m)-m)λ/2,m＝0,1,2...m1-1,n＝0,1,2...m1}(3)
15、进一步地，所述步骤s2中基于子阵一和子阵二所有阵元位置的集合，推导出虚拟阵元在位置±(m12-2)λ/2必然会出现孔洞，通过反证法进行证明，具体为：
16、假设在位置+(m12-2)λ/2不会出现孔洞，那么阵列通过自差和互差虚拟出的阵元位置合集必然有一点为+(m12-2)λ/2；
17、假设出现的位置在子阵一的自差合集中，那么有：
18、(m12-2)λ/2＝m(m1+1)λ/2,m＝0,1,2...m1-1 (4)求解出m为：
19、m＝m1-1-1/(m1+1) (5)
20、由于m1是大于2的自然数，所以求得m必为小数，这与m的取值范围不符合，假设不成立；
21、假设出现的位置在子阵二的自差合集中，那么有：
22、(m12-2)λ/2＝nm1λ/2,n＝0,1,2...m1 (6)求解出n为：
23、n＝m1-2/m1 (7)
24、由于m1是大于2的自然数，所以求得n必为小数，这与n的取值范围不符合，假设不成立；
25、假设出现的位置在互差合集中，那么有：
26、(m12-2)λ/2＝±(m1(n-m)-m)λ/2,m＝0,1,2...m1-1,n＝0,1,2...m1 (8)经过化简可得：
27、m12-2＝±(m1n-(m1+1)m) (9)
28、当等式右边符号取正时，m12-2＝m1n-(m1+1)m，当n＝m1,m＝0等式右边取最大值，此时等式不成立；当n＝m1-1,m＝0或n＝m1,m＝1，等式右边均小于等式左边且此时等式右边取得第二大值。所以对于等式右边符号取正时，取任意的m和n都不能满足等式；
29、当等式右边符号取负时，m12-2＝(m1+1)m-m1n，当m＝m1-1,n＝0等式右边取最大值，此时等式不成立；当m＝m1-2,n＝0或m＝m1-1,n＝1，等式右边均小于等式左边且此时等式右边取得第二大值。所以对于等式右边符号取负时，取任意的m和n都不能满足等式；
30、综上，虚拟阵元在位置±(m12-2)d/2不会出现孔洞这样的假设不成立，从而证明虚拟阵元在位置±(m12-2)λ/2必然会出现孔洞。
31、进一步地，所述步骤s2中定义压缩因子为ρ，ρ是一个可以被自然数m2整除的整数，通过引入压缩因子ρ将子阵一的阵元间距进行压缩，压缩后的阵元间距为m2λ/2/ρ，此时子阵一和子阵二所有阵元位置的集合为：
32、{s1∪s2＝mm2λ/2/ρ∪nm1λ/2,m＝0,1,2...m1-1,n＝0,1,2...m2-1} (10)
33、将m2＝m1+1带入式(10)可得：
34、{s1∪s2＝m(m1+1)λ/2/ρ∪nm1λ/2,m＝0,1,2...m1-1,n＝0,1,2...m1} (11)
35、此时通过自差和互差虚拟出的阵元位置合集为：
36、{ld1∪ld2＝m(m1+1)λ/2/ρ∪nm1λ/2∪±(nm1-m(m1+1)/ρ)λ/2,m＝0,1,2...m1-1,n＝0,1,2...m1} (12)
37、由式(12)可知，若压缩因子刚好等于m2，此时阵列虚拟出的阵元，在孔径范围内是无孔洞的，所以通过引入压缩因子ρ可以消除原有互质阵列出现孔洞的问题。
38、进一步地，所述步骤s3中定义偏移因子为自然数k，利用偏移因子将子阵二整体向右移动k(m2/ρ)λ/2，由于子阵发生偏移，总体阵元数目增加，可以去除子阵二的第一个阵元，保持总体阵元数目不变。
39、定义本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤S1中子阵一的阵元间距为M2λ/2，子阵二的阵元间距为M1λ/2，λ表示波长。
3.根据权利要求2所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤S1中子阵一和子阵二所有阵元位置的集合为：
4.根据权利要求3所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤S2中基于子阵一和子阵二所有阵元位置的集合，推导出虚拟阵元在位置±(M12-2)λ/2必然会出现孔洞，通过反证法进行证明，具体为：
5.根据权利要求3所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤S2中定义压缩因子为ρ，ρ是一个可以被自然数M2整除的整数，通过引入压缩因子ρ将子阵一的阵元间距进行压缩，压缩后的阵元间距为M2λ/2/ρ，此时子阵一和子阵二所有阵元位置的集合为：
6.根据权利要求5所述的一种
7.根据权利要求6所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤S3中子阵一和子阵二所有阵元位置的集合为：
8.根据权利要求7所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤S3中偏移因子k的最大取值不超过M2-1。
9.根据权利要求7所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤S5中基于阵元位置对阵列接收数据进行建模，得到信号源协方差矩阵，通过对协方差矩阵进行特征值特征向量分解，得到噪声子空间EN，接着利用谱峰粗搜索预估信号DOA再利用谱峰细搜索完成最终测向：
...【技术特征摘要】
1.一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤s1中子阵一的阵元间距为m2λ/2，子阵二的阵元间距为m1λ/2，λ表示波长。
3.根据权利要求2所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤s1中子阵一和子阵二所有阵元位置的集合为：
4.根据权利要求3所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤s2中基于子阵一和子阵二所有阵元位置的集合，推导出虚拟阵元在位置±(m12-2)λ/2必然会出现孔洞，通过反证法进行证明，具体为：
5.根据权利要求3所述的一种基于二维改进互质阵列下的阵列信号高精度测向方法，其特征在于，所述步骤s2中定义压缩因子为ρ，ρ是一个可以被自然数m2整除的整数，通过引入压缩因子ρ将子阵一的阵元间距进行压缩，压缩后的阵元间距为m2λ/2/ρ，此时...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲志昱，施家轩，陆俊宇，吴旭，陈江南，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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