采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法
【专利摘要】该发明属于采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，包括：初始化处理，确定各方向向量的对偶向量，确定信号子空间中各个列向量的对偶向量，快速逆离散傅立叶变换处理以确定各谱向量，最后确定与所有搜索角度对应的空间谱。该发明利用均匀圆阵方向向量之间存在的循环移位关系，将【背景技术】需对每一个搜索角度对应的空间谱值进行计算才能组成其空间谱，改为通过均匀圆阵方向向量子集中的方向向量来测定空间谱，其测定空间谱所需时间均不到【背景技术】的四分之一；因而具有可大幅度降低空间谱测定所需的计算量、对均匀圆阵的空间谱进行快速测定，且在相同的时间条件的限制下，可用于更高精度和分辨率的角度搜索，获得高精度、高分辨率的空间谱等特点。
【专利说明】采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子信息【技术领域】中天线阵列空间谱的测定方法，特别是一种采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法。
【背景技术】
[0002]利用天线阵列测定空间谱的技术广泛应用于电子侦察、雷达、通信、声纳、地震、射电天文等诸多领域，空间谱是测定信号来波方向、进行波束形成的重要依据。测定空间谱需要按照一定的角度间隔在一定的角度范围内确定每一个搜索的角度对应的空间谱值，所有空间谱值构成空间谱。因此，需要测定的空间谱值的个数等于要搜索的角度个数。为了获得高精度、高分辨率的空间谱测定结果，需要设置的角度间隔很小，相应需要搜索的角度个数很多，因而导致测定空间谱所需的时间增加；当阵元数变大时，由于每个搜索的角度所需的计算量变大，又导致测定空间谱所需的时间随着搜索的角度间隔变小而巨增。
[0003]基于子空间原理的空间谱测定方法，例如，2008年3月26日公开的申请号为200610113171、名称为《适用于均匀圆阵的阵列互耦校正与信源测向方法》的专利文献，该信源测向方法对应每个搜索的角度，均需通过下式测定其空间谱值(即空间谱直接测定方法):
【权利要求】
1.采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，包括: 步骤1.初始化处理:将均匀圆阵的径波比、天线个数、信号个数、搜索的角度范围、相邻搜索角度之间的间隔角度、所有搜索的角度的个数P进行初始化处理并存入内存； 步骤2.确定各方向向量的对偶向量:先确定均匀圆阵方向向量子集中的方向向量个数，再确定均匀圆阵方向向量子集，然后对均匀圆阵方向向量子集中的每个方向向量进行快速离散傅立叶变换，从而确定均匀圆阵方向向量子集中的每个方向向量的对偶向量； 步骤3.确定信号子空间中各个列向量的对偶向量:先确定用于表示均匀圆阵的样本自相关矩阵信号子空间的所有列向量，再对均匀圆阵的样本自相关矩阵的信号子空间中的每个列向量进行快速离散傅立叶变换，并取共轭，从而确定信号子空间中的每个列向量的对偶向量； 步骤4.快速逆离散傅立叶变换处理以确定各谱向量:将方向向量子集中的第I个方向向量的对偶向量分别与信号子空间中的第I个至最后一个列向量的对偶向量的对应元素相乘，得到与信号个数相等个积向量；再对每个积向量分别进行快速逆离散傅立叶变换处理，得到一组个数与信号个数相等、其元素个数与天线个数相同的谱向量；然后再依次将方向向量子集中的第2个至最后一个个方向向量的对偶向量分别与信号子空间中的第I个至最后一个列向量的对偶向量的对应元素相乘，再对所得的各积向量分别进行快速逆离散傅立叶变换处理，得到相应的其余各组谱向量后，一并转步骤5 ； 步骤5.确定与所有搜索角度对应的空间谱:对步骤4所得每一组谱向量均按:将该组各谱向量中的各个元素分别取绝对值并平方，然后再将各谱向量中平方后的对应元素分别相加，所得各和值即分别为与相应搜索角度对应的空间谱值；继而按相同方法得到其余各组谱向量与各搜索角度对 应的空间谱值；从而得到由天线个数与方向向量子集中方向向量个数的乘积个空间谱值组成的空间谱。
2.按权利要求1所述采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，其特征在于在步骤I中所述所有搜索的角度的个数P = [360° /d]，360°是搜索的角度范围，d为相邻搜索角度之间的间隔角度。
3.按权利要求1所述采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，其特征在于在步骤2中所述确定均匀圆阵方向向量子集中的方向向量个数Q= [P/M]，所述确定均匀圆阵方向向量子集为，其中， —IM-1 //I \) )= e0--‘ 07 α表示均匀圆阵的径波比，[]τ表示向量转置，Qtj= (q-l)d, q = 1，2，…，Q。
4.按权利要求1所述采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，其特征在于在步骤3中所述确定用于表示均匀圆阵的样本自相关矩阵信号子空间的所有列向量为uk，k=l，2，...，!(，K是信号的个数。
5.按权利要求1所述采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，其特征在于在步骤3中所述得到信号子空间中的每个列向量的对偶向量为Vk为:vk= (FFT(Uk))%其中，FFT(Uk)表示对方向向量Uk进行快速离散傅立叶变换，(FFT(Uk)广表示对FFT(Uk)取共轭，k= 1，2，…，K，K为信号的个数。
6.按权利要求1所述采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，其特征在于在步骤4中所述对所得向量进行快速逆离散傅立叶变换，结果为:其中，表示对方向向量b(A)G)%进行快速逆离散傅立叶变换，ΜΜΘ'表示方向向量的对偶向量b( θ q)与信号子空间中的每个列向量的对偶向量vk的对应元素相乘所得的向量，k= 1，2，...，!(，K为信号的个数。
7.按权利要求1所述采用均匀圆阵快速测定空间谱的方法，其特征在于在步骤5中所述由快速逆离散傅立叶变换得到所有搜索角度对应的空间谱为:
其中，9q= (q_l)d，d是相邻搜索角度之间的间隔角度，q = 1，2，…，Q，Q是均匀圆阵方向向量子集中的方向向量个数，m= 1，2，一^，11为均匀圆阵的天线个数，》丨"(4)表示向量wk( Θ q)的第m个元素，k = I, 2,…，K, K为信号的个数。
【文档编号】G01S3/46GK104049234SQ201410100251
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】万群, 徐保根, 万义和, 汤四龙, 邹麟, 丛迅超, 刘江波, 丁学科, 饶中初 申请人:电子科技大学, 同方电子科技有限公司