【摘要】 本发明公开了一种基于L型传感器阵列的信号方位角和仰角联合估计方法，用于估计入射到L型传感器阵列上的入射信号到达方向，其中L型传感器阵列放置在x-z平面，具有两个相互垂直的均匀线阵，且每个均匀线阵沿直线以相同的间隔设置在不同空间位置上的M个全向的传感器，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)估计x轴和z轴上两列均匀线阵接收到的信号的协方差矩阵，然后根据两列均匀线阵接收到的信号的协方差矩阵计算得到M×2M的扩展互协方差矩阵；(2)分割z轴或x轴上的均匀线阵为两列不相重合的前向/后向子阵，然后通过线性操作的一维子空间的方法利用两列均匀线阵接收到的数据的扩展互协方差矩阵估计仰角；(3)联合方位角和仰角的可行域，由z轴或x轴上的两列子阵以及其中一列子阵和x轴或z轴上的均匀线阵之间的互协方差通过线性操作估计得到对应的方位角。 【专利类型】发明授权 【申请人】西安交通大学苏州研究院 【申请人类型】科研单位 【申请人地址】215123 江苏省苏州市工业园区仁爱路99号 【申请人地区】中国 【申请人城市】苏州市 【申请号】CN201210182172.6 【申请日】2012-06-05 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102707258B 【公开公告日】2014-03-12 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102707258B 【授权公告日】2014-03-12 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G01S3/14; G01S3/12 【发明人】王光敏; 辛景民; 刘畅农; 郑南宁 【主权项内容】1.一种基于L型传感器阵列的信号方位角和仰角联合估计方法，用于估计入射到L型传感器阵列上的入射信号到达方向，其中L型传感器阵列放置在x-z平面，具有两个相互垂直的均匀线阵，且每个均匀线阵沿直线以相同的间隔设置在不同空间位置上的M个全向的传感器，其特征在于所述方法包括以下步骤： (1)估计x轴和z轴上两列均匀线阵接收到的信号的协方差矩阵，然后根据两列均匀线阵接收到的信号的协方差矩阵计算得到M×2M的扩展互协方差矩阵； 所述方法步骤(1)中传感器的间距为d，坐标系原点z0处的传感器作为每列均匀线阵的参考，z0和x1传感器间距也是d；假设p个不相干的远场窄带信号{sk(n)}，波长λ，从不同的仰角和方位角{θk, φk}入射到阵列上， 为方位角φk在x-y平面上的投影，0°≤θk≤180°，0°≤φk≤180°， 两列均匀线阵接收到的信号为： z(n)＝A(θ)s(n)+wz(n) (I)； x(n)＝A(φ)s(n)+wx(n) (II)； 其中 z轴传感器噪声 x轴传感器噪声 方向矩阵 假设A(θ)和A(φ)已知，传感器间距d满足0＜d＜λ/2，入射信号{sk(n)}为时域白高斯随机过程，具有零均值，其方差给定为 是第k个入射信号的功率，δn, t为克罗内克函数，加性噪声 为z轴上第i个传感器上的噪声，加性噪声 为x轴上第i个传感器上的噪声，两者均为时域-空域白高斯随机过程，具有零均值，其协方差矩阵为 σ2表示噪声功率，并且 在两列均匀线阵上加性噪声与入射信号{sk(n)}互相统计独立；假设入射信号个数p已知或者可由一些检测技术提前估计得到，并且满足不等式p＜M；则由关系 得到θk和φk的可行域以及θk和 的可行域，参数θk和φk限制在该几何区域内：-θk+90°≤φk≤θk+90°，其中0°≤θk≤90°；θk-90°≤φk≤-θk+270°，其中90°≤θk≤180°； (2)分割z轴或x轴上的均匀线阵为两列不相重合的前向/后向子阵，然后通过线性操作的一维子空间的方法利用两列均匀线阵接收到的数据的扩展互协方差矩阵估计仰角； 所述方法步骤(2)具体按照如下步骤进行： 将沿z轴的均匀线阵分割为两个不相重叠的前向子阵列，分别包括p个传感器和M-p个传感器，则： 其中 将A(θ)分割成两个子矩阵A1(θ)和A2(θ)，其列向量为 和 由(II)式和(III)式得到x轴和z轴上两列均匀线阵接收到的信号的协方差矩阵Rzx： 其中Rs为信号协方差矩阵，定义为 同理分割同一列均匀线阵为两列不相重叠的后向子阵列分别由p个阵元和M-p个阵元组成，则这列均匀线阵的联合噪声信号向量 为 其中， JM为副对角线为1其它全为0的M阶方阵，D-(M-1)(θ)表示矩阵D(θ)的逆矩阵的M-1次方，得到协方差矩阵 其中， 根据从(IV)式和(VI)式中的矩阵Rzx和 得到M×2M扩展协方差矩阵Rz： A1(θ)满秩，A2(θ)的行向量为A1(θ)独立行的线性组合；且A1(θ)和A2(θ)之间p×(M-p)维线性算子Pz，即 则Pz为： 定义矩阵 获得 向由A(θ)的列向量张成的子空间的投影为 其中 0m×1为m×1维零向量，，通过式(IX)的正交性质，当快拍数有限时，仰角 通过最小化消耗函数f(θ)估计得到 其中 (3)联合方位角和仰角的可行域，由z轴或x轴上的两列子阵以及其中一列子阵和x轴或z轴上的均匀线阵之间的互协方差通过线性操作估计得到对应的方位角； 所述方法步骤(3)方位角通过如下步骤进行估计： 构建(2M-p)×1维的连接信号向量由x轴上的均匀线阵和z轴上的子阵 所接收，则 其中 其列向量 则数据阵列 和z轴子阵列 的(2M-p)×p维互协方差矩阵 为： 其中 根据(IX)式得到 且φ＝φk(XII)；其中k＝1, 2, …, p，在零空间 上的投影 为 当有限的阵列数据可变时，从(XII)式估计仰角、方位角 根据(X)和(XIII)式得到方位角估计为 其中 且 其中B(θ)＝diag(a2(θ), IM)， 是 第ik个块元素，并且 【当前权利人】西安交通大学苏州研究院 【当前专利权人地址】江苏省苏州市工业园区仁爱路99号 【统一社会信用代码】12320500466957437X 【家族引证次数】3.0 【家族被引证次数】27

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