基于联合UCA阵列的序贯ESPRIT二维不相干分布源参数估计方法与流程

文档序号:23694332发布日期:2021-01-23 10:37阅读:来源:国知局

技术特征:
1.基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,包括以下步骤:s1:构建基于均匀圆阵uca的多子阵阵列结构模型,得到可组合的三均匀圆子阵结构;s2:将三子阵ucsa进行两两组合,形成具有等间距的三对子阵ucsa组合,构建三组合均匀圆子阵ucsa的接收数据,得到观测数据;s3:基于接收到的观测数据,构建二维不相干分布源的泰勒近似协方差矩阵模型r
12
、r
13
、r
23
,用于将二维不相关分布源的中心参数和扩展参数解耦;s4:通过三组子阵ucsa接收到的联合数据计算三个样本数据的协方差矩阵和并通过协方差矩阵空间和特征子空间的线性映射关系得到中心参数的估计值;s5:利用泰勒近似协方差模型r
12
、r
13
、r
23
与信号特征值之间的线性映射关系得到扩展参数的估计值。2.根据权利要求1所述的基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,步骤s1的具体操作步骤如下:s11:建立三个半径相同的均匀圆子阵a
1
、a
2
、a
3
,且三个子阵的阵型、阵参数相同、阵元个数为m;每个子阵的半径r表示为:r=γ
·
λ,其中,λ为波长,γ表示波长的倍数;相邻阵元间的夹角α为:α=2π/m;阵元间距d
1
为:d
1
=2rsin(π/m);两两相邻的阵元间距为半波长,此时阵元半径与波长比为s12:设定子阵a
1
的参考阵元是位于x轴坐标为(0,r)的阵元,子阵a
1
的第2~m个阵元依次逆时针排列,其中过y轴的第一个阵元与y轴的夹角为β
°
;s13:在沿子阵a
1
参考阵元所在x轴的正向平移距离d
x
处,布放与a
1
同结构的子阵a
2
;s14:在沿子阵a
1
所在过y轴的第一个阵元即与y轴夹角β
°
角的延长线斜向上平移距离d
y
处,布放与a
1
同结构的子阵a
3
;s15:根据子阵阵元个数m、子阵半径r和两对子阵间距d
x
、d
y
判断子阵间的子阵阵元复用方案种类个数;s16:基于所述ucsa阵列布局中每个ucsa半径、阵元个数在满足s11要求下可根据通信或探测频率进行灵活调整;s17:最终得到等间距的三对ucsa阵列组合。3.根据权利要求2所述的基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,步骤s15的具体操作步骤如下:s151:计算落在第一象限内的阵元个数k;s152:当k为4的倍数时,可形成阵元复用的子阵间距方案有k种:s153:当k为2的倍数而非4的倍数时,可形成阵元复用的子阵间距方案有为:
4.根据权利要求1所述的基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,步骤s2中所述的由三个均匀圆子阵组合而成的ucsa阵列对的结构模型,其特征在于:s21:子阵a
1
中与子阵a
2
中各对应的阵元之间组成的m组阵元对以及子阵a
1
与子阵a
3
组成的m组阵元对之间具有相同的时延,且子阵a
1
与子阵a
2
、子阵a
1
与子阵a
3
、子阵a
2
与子阵a
3
的阵列流形向量之间满足下式的变换关系:其中,为子阵a
2
与子阵a
1
之间的传统阵列流形旋转算子,为子阵a
3
与子阵a
1
之间的传统阵列流形旋转算子,且传统阵列流形旋转算子的表达式为:其中,为随机波达角。5.根据权利要求1所述的基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,步骤s3所述的构建二维不相干分布源的泰勒近似协方差矩阵r
12
、r
13
、r
23
的操作步骤为:s31:将三个单独均匀圆子阵a
1
、a
2
和a
3
接收到的观测数据向量用泰勒展开,其中子阵a
1
的展开式为:其中,x
1
(t)为子阵a
1
的泰勒展开式,a
1(k0)
为子阵a
1
的广义阵列流形,噪声n
1
(t)为零均值循环对称独立同分布的高斯复随机变量,υ
k
(t)为3
×
1矩阵,s
k
(t)为第k个发射信号;同样地,子阵a
2
和a
3
接收到的观测数据向量用泰勒展开的形式分别写为:接收到的观测数据向量用泰勒展开的形式分别写为:s32:由三个ucsa形成的三组ucsa所组成的联合广义阵列流形分别为:
其中,b
12(0)
为子阵a
1
与a
2
的联合广义阵列流形,b
13(0)
为子阵a
1
与a
3
的联合广义阵列流形,b
23(0)
为子阵a
2
与a
3
的联合广义阵列流形;s33:计算三组ucsa所组成的联合子阵接收数据向量的协方差矩阵,其计算公式分别为:联合子阵a
1
和a
2
接收数据向量的协方差矩阵的计算公式:其中,是圆阵噪声场的空间相关矩阵,h表示共轭转置运算符号,λ
υ
为二维不相干分布源扩展参数对角阵:联合子阵a
1
和a
3
接收数据向量的协方差矩阵的计算公式:联合子阵a
2
和a
3
接收数据向量的协方差矩阵的计算公式:其中,无论二维不相干分布源符合何种分布类型都可用矩阵λ
υ
中的二维扩展参数来表示其分布特性,用于保证算法对分布源分布类型的鲁棒性;s34:所述公式(4)的旋转算子用中心参数表示的确定性函数为:6.根据权利要求1所述的基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,步骤s4的具体操作步骤包括:s41:对三个样本数据协方差矩阵和进行特征分解,各自取前k个最大特征值对应的k个特征向量和得到特征分解后的信号子空间;s42:分别计算信号子空间旋转算子和的评估值,其计算公式为:为:
其中,和分别为和分解后得到的信号子空间;s43:分别对信号子空间旋转算子和进行特征分解,得到广义阵列流形旋转算子和s44:利用旋转算子匹配算法得到已匹配的k组广义阵列流形旋转算子,并利用这k组广义阵列流形旋转算子求解k个不相干二维分布源中心参数的估计值的闭式解得到中心参数的估计值,且计算闭式解的公式为:其中,d
x
和d
y
分别为子阵间距,其中λ为波长,c为传播介质中的声速,ω是主频。7.根据权利要求6所述的基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,步骤s44所述的旋转算子匹配算法包括以下操作步骤:s441:子阵a
1
与子阵a
2
的阵列流形之间形成旋转算子集合其中取φ
i,12
,i=1;子阵a
1
与子阵a
3
的阵列流形之间形成旋转算子集合其中的每一个元素组成有k种组合方案:并且,计算出k种方案的代价函数的公式为:计算得出的代价函数最小值对应的组合方式即为正确的匹配方式s442:在旋转算子集合与旋转算子集合中去掉已匹配成功的组合元素s443:重复步骤s441-s442,直至得到所有的的正确配对方案。8.根据权利要求6所述的基于联合uca阵列的序贯esprit二维不相干分布源参数估计方法,其特征在于,步骤s5:利用方法提出的二维不相关分布源泰勒近似协方差模型r
12

r
13
、r
23
与信号特征值之间的线性映射关系得到扩展参数的估计值,其具体操作步骤包括:s51:将步骤s44中得到的中心参数估计值代入式(8)中,分别得到联合广义阵列流形的估计值和任取其中一个联合广义阵列流形估计值,如则能得到联合子阵a
12
广义阵列流形与信号子空间之间的线性变换关系为:s52:以联合子阵a
12
为例,且a
13
和a
23
同理,将接收到数据的样本协方差进行特征分解,并类推得到和取每个信号源形成的前3k个最大特征值组成对角阵与线性变换关系求解得到扩展参数矩阵:s53:通过上式得到二维分布源扩展参数的估计值扩展参数闭式解:s54:根据求得的扩展参数闭式解,得到扩展参数估计值。
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