基于L型传感器阵列的非相干信号二维波达方向跟踪方法及装置

摘要

种基于L型传感器阵列的非相干信号二维波达方向跟踪方法及装置，该方法利用RLS算法自适应估计噪声子空间从而建立瞬态目标函数，再运用近似牛顿迭代算法求解所得目标函数，从而自适应更新角度。通过充分探究信号的运动模型，利用伦伯格状态观测器解决信号角度交叉的问题，同时避免了前后时刻间参数的关联运算。另一方面，该方法将二维波达方向估计问题转化为一维的估计问题，实现参数降维从而减小了运算量，提供自动配对的信号方位角和仰角估计值。

主权项

1.一种基于L型传感器阵列的非相干信号二维波达方向跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：1）估计信号的方位角和仰角的初始值；利用批处理方法计算波达方向的初始值，具体步骤如下：对N_s拍数据进行处理，I.计算协方差矩阵估计值和${\hat{R}}_{\mathrm{zx}}\left(\bar{n}\right)\frac{1}{N_s}\underset{n=1}{\overset{N_s}{\Sigma }}z\left(n\right)x^H\left(n\right)---\left(1\right)$${\hat{R}}_{z2z1}\left(\bar{n}\right)=\frac{1}{N_s}\underset{n=1}{\overset{N_s}{\Sigma }}{z}_2\left(n\right)z_1^H\left(n\right)---\left(2\right)$II.构造扩展协方差矩阵和${\hat{R}}_z\left(\bar{n}\right)\stackrel{\Delta }{=}[{\hat{R}}_{\mathrm{zx}}\left(\bar{n}\right),{\hat{R}}_{\mathrm{zx}}^{*}\left(\bar{n}\right)]\stackrel{\Delta }{=}{[{\hat{R}}_{z1}^T\left(\bar{n}\right),{\hat{R}}_{z2}^T\left(\bar{n}\right)]}^T---\left(3\right)$$\hat{\bar{R}}\left(\bar{n}\right)\stackrel{\Delta }{=}{[{\hat{R}}_{z2z1}^T\left(\bar{n}\right),{\hat{R}}_{z1x}^{*}\left(\bar{n}\right)]}^T---\left(4\right)$其中和分别为的前p行和后M-p行子矩阵，是的前p行子矩阵；III.计算线性算子从而估计噪声子空间进而估计正交投影矩阵${\hat{P}}_z\left(\bar{n}\right)={\left({\hat{R}}_{z1}\left(\bar{n}\right){\hat{R}}_{z1}^H\left(\bar{n}\right)\right)}^{-1}{\hat{R}}_{z1}\left(\bar{n}\right){\hat{R}}_{z2}^H\left(\bar{n}\right)---\left(5\right)$${\hat{Q}}_z\left(\bar{n}\right)\stackrel{\Delta }{=}{[{\hat{P}}_z^T\left(\bar{n}\right),-I_{M-P}]}^T---\left(6\right)$${\hat{\Pi }}_z\left(\bar{n}\right)={\hat{Q}}_z\left(\bar{n}\right){\left({\hat{Q}}_z^H\left(\bar{n}\right){\hat{Q}}_z\left(\bar{n}\right)\right)}^{-1}{\hat{Q}}_z^H\left(\bar{n}\right)---\left(7\right)$IV.估计仰角首先定义进一步构造多项式求解多项式p_θ(z)=0的根，计算这些根中最接近单位圆的p个根的相位，而由z=e^{j2πdcosθ/λ}计算相应的仰角估计值V.计算方位角估计值首先利用（8）式计算正交投影矩阵$\hat{\bar{\Pi }}\left(\bar{n}\right)=I_{2M-p}-\hat{\bar{R}}\left(\bar{n}\right){\left({\hat{\bar{R}}}^H\left(\bar{n}\right)\hat{\bar{R}}\left(\bar{n}\right)\right)}^{-1}{\hat{\bar{R}}}^H\left(\bar{n}\right)---\left(8\right)$再由（9）式计算矩阵$\Gamma \left({\hat{\theta }}_k\right)\stackrel{\Delta }{=}{B}^H\left({\hat{\theta }}_k\right)\hat{\bar{\Pi }}\left(\bar{n}\right)B\left({\hat{\theta }}_k\right)---\left(9\right)$其中B(θ)=diag(a₂(θ)，I_M)，；a₂(θ)=[e^{j2πpdcosθ/λ}，…，e^{j2π(M-1)dcosθ/λ}]，k=1，2，…，p；定义构造多项式求解多项式p_φk(z)=0的根，计算这些根中最接近单位圆的根的相位，而由z=e^{j2πdcosφ/λ}计算相应的仰角估计值2）初始化伦伯格观测器，由已估计的状态向量计算定义的状态向量以及定义的方向角；3）在方向向量更新的间隔内，估计瞬时互协方差矩阵；4）计算估计的正交投影；5）预测方向角之间的增量；6）根据所述初始值和所述增量，更新状态向量，并得到的新的波达方向角更新方向更新的间隔索引，返回步骤2）。