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专利号: 201711080647X
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用迭代相位补偿技术估计任意阵列波达方向方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:

N=2个信号分别以DoAθ1=46.5658°和θ2=54.2785°入射到M=10阵元非规则阵列上,阵列阵元位置向量为x=[0,0.3413,1.0147,1.6450,1.9917,2.6921,3.0240,3.4598,

4.2969,4.5]λ,其中λ为信号工作波长,两信号信噪比相等,均为SNR;样本数为K=1000,设定阈值a=0.1°;

S1:由实际阵列阵元位置坐标构造一个虚拟均匀线阵作为参考阵列,并确定实际阵列与虚拟参考阵列的位置差向量;

在步骤S1中,所述由实际阵列阵元位置坐标构造一个虚拟均匀线阵作为参考阵列具体为:按实际阵列阵元x坐标从小到大顺序编号,得到阵元位置向量,令虚拟参考均匀线阵的两个端阵元位置与实际阵列的两个端阵元位置重合,虚拟参考阵列的其余阵元位置在端阵元之间均匀布置,虚拟参考阵元也按x坐标从小到大顺序编号,得到虚拟阵列阵元位置向量,确定实际阵列与虚拟参考阵列的位置差向量,最后计算出虚拟参考阵相邻阵元之间的距离;

构造M=10阵元参考均匀线阵,其位置向量为x',参考阵列端阵元坐标x′1=x1=0,x'M=xM=4.5λ;相邻虚拟参考阵元之间的间距为 于是x'=[0,0.5,1,1.5,

2,2.5,3,3.5,4,4.5]λ,位置差向量为Δx=x‑x'=[0,‑0.1587,0.0147,0.1450,‑0.0083,

0.1921,0.0240,‑0.0402,0.2969,0]λ,于是基于补偿角θ的相位补偿矩阵为:带入Δx得到具体表达式;

S2:由接收到的阵列快拍数据获得信号子空间的估计;

利用K=1000个快拍矢量数据z(k),k=1,…,K计算出样本协方差对Ccov进行特征值分解: 其中ξj为特征向量,γj为对应的特征值,且γ1≥γ2≥…≥γM并由最大N=2个特征值对应的特征向量组成信号子空间的估计S3:初始化相位补偿角,初始化相位补偿矩阵,设定阈值a,初始化相位补偿角集合,初始化角度估计输出集合;设定θ:=90°,Γ(θ):=IM,a=0.1°,CompAngSet={NULL},OutputAngSet={NULL};

S4:将相位补偿矩阵与信号子空间矩阵相乘,完成相位补偿操作,并对经过相位补偿后的信号子空间施行经典的ESPRIT算法得到角度估计值,计算每个输出估计角度与输入相位补偿角的绝对差,并比较该绝对差和设定阈值的大小,小于阈值则将该估计角度放入输出集合中,否则将该估计角度放入相位补偿角集合中并顺序编号;

具体为:将相位补偿矩阵Γ(θ)与信号子空间矩阵 相乘,完成相位补偿操作,对经过相位补偿后的信号子空间 施行经典的ESPRIT算法得到角度估计值,选取 的前M‑1行组成子阵列1的信号子空间 选择 的后M‑1行组成子阵列2的信号子空间 得到一个拟合方程 利用最小二乘原理解出拟合矩阵 即再对N×N维拟合矩阵 进行特征值分解,得到其中Ψ为由N个特征向量组成的特征向量矩阵,μ1,…,μN为N个特征值;最后再根据特征值的相角确定本次迭代的N个估计角度值 j=1,2;判断每个输出估计角度与输入的相位补偿角的绝对差和阈值a的大小,若小于a则将该估计角度放入输出集合中;否则将该估计角度放入相位补偿角集合中去,并顺序编号,即判断 是否成立,成立则将 放入输出集合中去: 加入前需要判断该数值是否已经存在于现有的输出集合中,只有不存在的情况下才作为元素加入;否则将放入到相位补偿角集合中去 加入前需要判断该数值是否已经存在于现有的相位补偿角集合中,只有不存在的情况下才作为元素加入;

S5:判断输出集合中的元素个数是否与信号个数相等,不相等则继续执行S6,否则转向执行S7;

S6:从相位补偿角集合中按顺序取出一个相位补偿角,根据该相位补偿角结合位置差向量计算出相位补偿矩阵并转向S4;

在步骤S6中,所述根据该相位补偿角结合位置差向量计算出相位补偿矩阵并转向S4具体为:从相位补偿角集合中顺序取得一个相位补偿角,并结合S1中的位置差向量根据相位补偿矩阵计算公式计算出基于该相位补偿角的相位补偿矩阵并转向执行步骤S4;

S7:结束迭代验证并将输出集合中的角度估计值作为波达方向的最终估计值。