一种基于六角形阵列的相干信号二维DOA估计方法

摘要

本发明是一种基于六角形阵列相干信号二维DOA估计的方法，属于天线阵列信号处理领域，它特别涉及一种高精度、去相干、二维信号来波方向(DOA)的子空间估计方法。本发明通过对阵列接收数据求共轭来虚拟扩展阵列，得到三个子阵列的六角阵，然后根据三个子阵列的自相关矩阵和互相关矩阵来扩展重构子空间算法的相关矩阵，从而达到去相干的目的。对新的相关矩阵进行奇异值分解得到信号子空间和噪声子空间，再利用二维MUSIC谱估计方法对相干来波信号进行DOA估计。本发明在解除源信号间相干性的同时进一步提高了二维DOA的估计精度，主要应用于对相干信号的二维高精度来波方向估计。

主权项

一种基于六角形阵列相干信号二维DOA估计的方法，其特征由以下步骤给出：步骤一：六角形天线阵列阵元数为N，输出数据快拍数为K，则各阵元输出数据矩阵X(k)＝AS(k)+N(k)为N×K的复矩阵，求其共轭矩阵X^*(k)，并求出原阵列输出数据的相关矩阵为R_XX＝E{X(k)·X(k)^H}，H表示其共轭转置，A为阵列的导向矢量矩阵，S(k)表示源信号矢量矩阵；N(k)表示阵列输出的噪声均值为零方差为σ²的加性高斯白噪声，且与源信号不相关；步骤二：共轭数据矩阵对于天线阵列来说，相当于其共轭对称虚拟阵列的数据输出，针对共轭虚拟扩展后的阵列，可分为三个子六角形阵列，第一个子六角形阵列即为真实的六角形阵列，第二个子六角形阵列为以参考阵元为中心，子阵上阵元其中一半属于真实阵列的部分，另一半为共轭虚拟阵列的部分，第三个子六角形阵列为共轭虚拟阵列；步骤三：根据扩展后阵列的每个子六角形阵列所含的阵元，得出子六角形阵列的输出数据矩阵X₁(k)，X₂(k)，X₃(k)；步骤四：分别求出三个子六角形阵列的自相关矩阵和互相关矩阵：步骤五：构造出新的相关矩阵步骤六：对R进行奇异值分解，分解出N个特征值为λ₁≥λ₂≥…≥λ_P≥λ_P+1＝…＝λ_N＝σ²，通过判断大特征值的个数P来估计源信号个数，并根据所对应的特征向量分别得到信号子空间矩阵Es和噪声子空间矩阵En；步骤七：利用二维MUSIC算法构建空间谱函数，θ和分别为源信号的俯仰角和方位角，是随θ和变化的阵列对接收信号的导向矢量，使俯仰角θ在(0°，90°)和方位角在(0°，360°)范围内变化时，找出空间谱极大值点所对应的角度即为源信号的DOA。