一种基于互相关虚拟阵的五元体积阵多目标方位估计方法

摘要

本发明提供了一种基于互相关虚拟阵的五元体积阵多目标方位估计方法，使用的五元体积阵结构获取各阵元在多个窄带信源入射下的接收信号；在各阵元接收信号之间做互相关处理，得到一个25元虚拟体积阵以及对应的输出序列；将同一位置上重叠的虚拟阵元所对应的输出序列求平均，得到一个17元虚拟体积阵以及对应的输出序列；对所获得的17元虚拟体积阵的输出序列采用MVDR方法进行二维方位估计，获得多个目标对应的方位角和俯仰角。本发明增加了阵列自由度，并且抑制了噪声，从而提高五元体积阵在低信噪比下方位估计的性能。

主权项

一种基于互相关虚拟阵的五元体积阵多目标方位估计方法，其特征在于包括下述步骤：1)获取五元体积阵各阵元在D个窄带信源入射下的接收信号X(t)；所述的五元体积阵由5个麦克风S_m作为阵元组成，4个阵元位于正方形的四个顶点，第5个阵元位于正方形中心的正上方，第m个阵元的位置坐标记为P_m，m＝1,2,…,5，五个阵元到正方形中心的距离均为r，其值为信号波长的四分之一；假设目标位于(x，y，z)处，与坐标原点的连线和Z轴正方向的夹角定义为俯仰角连线在XOY平面的投影和X轴正方向的夹角定义为方位角θ；每个窄带信源相对于五元体积阵的方位为d＝1,2,…,D，信号的时域快拍数为L，各阵元上的加性白噪声彼此独立，且为平稳、零均值高斯白噪声，方差为σ²，则阵元的接收信号X(t)＝VS(t)+N(t)，其中，X(t)＝[X₁(t)X₂(t)…X₅(t)]^T为5×L维基阵接收数据矩阵，其中X_m(t)为阵元m的接收数据向量；S(t)为D×L维目标信号数据矩阵；N(t)为5×L维基阵接收噪声数据矩阵；为阵列流形向量组成的矩阵，其中目标d的阵列流形向量式中，为波数向量，λ_d为信号的波长；2)在各阵元接收信号之间做互相关处理，由此得到一个25元虚拟体积阵P_ij＝P_j‑P_i以及对应的输出序列i,j＝1,2,…,5，式中，表示i号阵元接收信号X_i(t)的共轭，τ的取值范围为[‑(L‑1),L‑1]，E[]表示求期望；3)在得到的25元虚拟体积阵中，将同一位置上重叠的虚拟阵元所对应的输出序列求平均，作为该位置上新的虚拟阵元输出序列，得到一个17元虚拟体积阵以及对应的输出序列；4)对所获得的17元虚拟体积阵的输出序列Y求协方差矩阵R＝YY^H；采用MVDR方法进行二维方位估计，获得二维空间功率谱式中，为17×1维空间扫描向量，R‑¹表示协方差矩阵R的逆；最后根据二维空间功率谱图中峰值的数目和对应的位置确定目标的数目和各目标的方位角、俯仰角。