基于传播算子的2‑L型阵列二维DOA估计算法

摘要

本发明涉及采用阵列天线估计接收信号到达方向的技术领域，为解决传统的传播算子算法不能利用所有天线阵元的缺点，构造一个新的传播矩阵。解决基于双平行线阵的传播算子二维DOA估计算法，在俯仰角为70°～90°的实际移动通信俯仰角度范围内的角度估计失效问题。提高方位角和俯仰角的估计性能。本发明采用的技术方案是，基于传播算子的2‑L型阵列二维DOA估计算法，步骤如下：步骤1：构造接收信号矩阵步骤2：构造传播矩阵步骤3：估计旋转矩阵步骤4：方位角和俯仰角估计。本发明主要应用于无限探测设备的设计制造。

主权项

一种基于传播算子的2‑L型阵列二维DOA估计算法，其特征是，步骤如下：步骤1：构造接收信号矩阵将位于坐标原点的阵元作为参考阵元，线阵X,Y,Z接收到的信号向量分别为x(t)＝[x₁(t),x₂(t),…,x_N(t)]^T，y(t)＝[y₁(t),y₂(t),…,y_N(t)]^T和z(t)＝[z₁(t),z₂(t),…,z_N(t)]^T，其中x_i(t),y_i(t),z_i(t)分别表示线阵X,Y,Z上的第i个阵元在t时刻接收到的信号，N为子阵阵元数目，T表示矩阵转置运算，构造新的接收信号向量w(t)＝[x^T(t),y^T(t),z^T(t)]^T，且有其中A_x,A_y,A_z分别为线阵X,Y,Z的阵列流型矩阵，A为2‑L型阵列的阵列流型矩阵，s(t)为阵列的来波信号，n(t)为噪声分量，则对应M快拍的接收数据矩阵为W＝[w(1),w(2),…,w(M)]；步骤2：构造传播矩阵接收信号的自相关矩阵为将其按如下形式分块，R＝[R₁,R₂]，其中H表示矩阵取共轭转置运算，R₁∈C^3N×K，R₂∈C^3N×(3N‑K)，C为复数，则传播矩阵为定义一个新的扩展传播矩阵其中I_K×K为K阶的单位矩阵，K为来波信号的个数；步骤3：估计旋转矩阵将P_c按如下形式分块，其中P_x,P_y,P_z均为N×K的矩阵，定义矩阵其中A₁为A的前K行，P_z,1为P_z的前N‑1行，P_z,2为P_z的后N‑1行，对Ψ_z进行特征值分解，则其特征值即为的对角线分量，为Φ_z的估计值，特征向量矩阵即为A₁的估计值，其中Φ_z为子阵Z对应的旋转矩阵，其形式为其中diag表示将一个向量对角化，d为阵元间距，λ为来波信号的波长，θ_i表示第i个信号的俯仰角，定义两个新的矩阵其中P_x,1为P_x的前N‑1行，P_x,2为P_x的后N‑1行，则有其中为Φ_x的估计值，Φ_x的形式为为对应第i个信号的方位角，同理定义两个新的矩阵其中P_y,1为P_y的前N‑1行，P_y,2为P_y的后N‑1行，则有其中为Φ_y的估计值，Φ_y的形式为步骤4：方位角和俯仰角估计设分别为的第k个对角线分量，则方位角和俯仰角的估计值分别为其中angle表示取幅角运算，atan表示取反正切运算。