专利汇可以提供一种二维波达方向估计方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种二维 波达方向 估计方法,包括:接收目标 信号 后,根据目标天线阵列和目标信号构造信号子空间对应的阵列流形,并基于阵列流形生成互协方差矩阵和传播算子,通过ESPRIT 算法 、互协方差矩阵和传播算子估计第一 角 度参数;同时构造噪声子空间对应的噪声投影矩阵,并基于噪声投影矩阵和阵列流形生成第一角度参数和第二角度参数的关系式;根据第一角度参数和关系式估计第二角度参数,进而估计波达方向。可见,所述方法基于第一角度参数估计第二角度参数,避免了二维角度参数的匹配,从而降低了计算的复杂度,同时具有良好的通用性。相应地,本发明公开的一种二维波达方向估计装置,也同样具有上述技术效果。,下面是一种二维波达方向估计方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种二维波达方向估计方法,其特征在于,包括:
通过目标天线阵列接收目标信号;
根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造信号子空间对应的阵列流形,并基于所述阵列流形生成互协方差矩阵和传播算子,通过ESPRIT算法、所述互协方差矩阵和所述传播算子估计第一角度参数;
根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造噪声子空间对应的噪声投影矩阵,并基于所述噪声投影矩阵和所述阵列流形生成所述第一角度参数和第二角度参数的关系式;
根据所述第一角度参数和所述关系式估计所述第二角度参数,并基于所述第一角度参数和所述第二角度参数估计波达方向。
2.根据权利要求1所述的二维波达方向估计方法,其特征在于,所述通过目标天线阵列接收目标信号,包括:
通过目标天线阵列接收目标信号X,X=AS+N,其中,S为维度为(K×L)的信源波形矩阵,N为维度为(MN×L)的高斯白噪声矩阵,A为所述阵列流形。
3.根据权利要求1所述的二维波达方向估计方法,其特征在于,所述根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造信号子空间对应的阵列流形,并基于所述阵列流形生成互协方差矩阵和传播算子,通过ESPRIT算法、所述互协方差矩阵和所述传播算子估计第一角度参数,包括:
根据所述目标天线阵列和所述目标信号,建立沿X轴的方向矢量 并基
于所述方向矢量 构造所述阵列流形A, 其中,
N为沿X
轴等距分布的天线个数,M为沿Z轴等距分布的天线个数,Vi为所述第一角度参数,Ui为所述第二角度参数,K为信源个数;
将所述阵列流形A分为维度为((MN-n)×K)的矩阵Ap,其中,K<n<MN,和维度为(n×K)的矩阵Bp,并基于所述Ap和所述Bp分别对应的接收信号生成所述互协方差矩阵R21,R21=[(BpS)(ApS)H]/L,其中,L为快拍数,S为所述维度为(K×L)的信源波形矩阵;
将所述Ap分为维度为(K×K)的矩阵Ap1和维度为((MN-n-K)×K)的矩阵Ap2,并根据所述Ap的线性无关性构造所述Ap1和所述Ap2的线性关系式Ap2=PHAP1,其中,P为传播算子,维度为(K×(MN-n-K));
将所述R21分为维度为(MN-n)×K)的矩阵R21a,和维度为((MN-n)×(n-
K) ) 的 矩阵 R21b,并基于所述R21a和R21b生成所述传播算子P,其中,
定义 其中,IK为维度为K的单位矩阵,则 其中,PC1
和PC2分别为PC的前(MN-n-N)行和后(MN-n-N)行,Aa和Ab分别为AP的前(MN-n-N)行和后(MN-n-N)行, diag[]为对角矩阵, 均为对角元素;
基于 构造PC2AP1=PC1AP1φZ、 对
进行特征值分解,并通过ui=angle(φZ(i,i))λ/2πd估计所述第一角度参数Ui。
4.根据权利要求1所述的二维波达方向估计方法,其特征在于,所述根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造噪声子空间对应的噪声投影矩阵,并基于所述噪声投影矩阵和所述阵列流形生成所述第一角度参数和第二角度参数的关系式,包括:
根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造所述噪声子空间对应的噪声矩阵Q和噪声投影矩阵Q0,令n=MN/2,则 Q0=Q(QHQ)-1QH,其中,矩阵Q的维度为MN/2×(MN/
2-K),矩阵QHQ的维度为(MN/2-K)2,
由于 P的维度为K×
(MN/2-K),PPH的维度为K×K,那么, E1=PPH,E2=
(IK-PPH)-1,E=IMN/2-K-PH(IK+PPH)-1P;
基于所述噪声投影矩阵Q0和所述阵列流形A构造关系式 并基于所述
构造所述第一角度参数和第二角度参数的关系式,其中,所述关系为:
5.根据权利要求1所述的二维波达方向估计方法,其特征在于,所述根据所述第一角度参数和所述关系式估计所述第二角度参数,并基于所述第一角度参数和所述第二角度参数估计波达方向,包括:
定义 则 表示为
通过 和所述第一角度参数估计所述第二 角度参数 ,
基于信源个数构造目标多项式,利用所述目标多项式的最接近单位圆的根估计所述第二角度参数,并基于所述第一角度参数和所述第二角度参数估计波达方向。
6.一种二维波达方向估计装置,其特征在于,包括:
接收模块,用于通过目标天线阵列接收目标信号;
第一估计模块,用于根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造信号子空间对应的阵列流形,并基于所述阵列流形生成互协方差矩阵和传播算子,通过ESPRIT算法、所述互协方差矩阵和所述传播算子估计第一角度参数;
生成模块,用于根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造噪声子空间对应的噪声投影矩阵,并基于所述噪声投影矩阵和所述阵列流形生成所述第一角度参数和第二角度参数的关系式;
第二估计模块,用于根据所述第一角度参数和所述关系式估计所述第二角度参数,并基于所述第一角度参数和所述第二角度参数估计波达方向。
7.根据权利要求6所述的二维波达方向估计装置,其特征在于,所述接收模块具体用于:
通过目标天线阵列接收目标信号X,X=AS+N,其中,S为维度为(K×L)的信源波形矩阵,N为维度为(MN×L)的高斯白噪声矩阵,A为所述阵列流形。
8.根据权利要求6所述的二维波达方向估计装置,其特征在于,所述第一估计模块具体用于:
根据所述目标天线阵列和所述目标信号,建立沿X轴的方向矢量 并基于所述方向矢 量 构 造所述阵 列流形 A , 其中 ,
N为沿X
轴等距分布的天线个数,M为沿Z轴等距分布的天线个数,Vi为所述第一角度参数,Ui为所述第二角度参数,K为信源个数;
将所述阵列流形A分为维度为((MN-n)×K)的矩阵Ap,其中,K<n<MN,和维度为(n×K)的矩阵Bp,并基于所述Ap和所述Bp分别对应的接收信号生成所述互协方差矩阵R21,R21=[(BpS)(ApS)H]/L,其中,L为快拍数,S为所述维度为(K×L)的信源波形矩阵;
将所述Ap分为维度为(K×K)的矩阵Ap1和维度为((MN-n-K)×K)的矩阵Ap2,并根据所述H
Ap的线性无关性构造所述Ap1和所述Ap2的线性关系式Ap2=PAP1,其中,P为传播算子,维度为(K×(MN-n-K));
将所述R21分为维度为(MN-n)×K)的矩阵R21a,和维度为((MN-n)×(n-K))
的 矩 阵 R 2 1 b ,并基 于所 述R 21 a 和R2 1b 生成 所述 传播 算子 P ,其中 ,定义 其中,IK为维度为K的单位矩阵,则 其中,PC1
和PC2分别为PC的前(MN-n-N)行和后(MN-n-N)行,Aa和Ab分别为AP的前(MN-n-N)行和后(MN-n-N)行, diag[]为对角矩阵, 均为对角元素;
基于 构造PC2AP1=PC1AP1φZ、 对
进行特征值分解,并通过ui=angle(φZ(i,i))λ/2πd估计所述第一角度参数Ui。
9.根据权利要求6所述的二维波达方向估计装置,其特征在于,所述生成模块具体用于:
根据所述目标天线阵列和所述目标信号,构造所述噪声子空间对应的噪声矩阵Q和噪声投影矩阵Q0,令n=MN/2,则 Q0=Q(QHQ)-1QH,其中,矩阵Q的维度为MN/2×(MN/
2-K),矩阵QHQ的维度为(MN/2-K)2,
由于 P的维度为K×
(MN/2-K),PPH的维度为K×K,那么, E1=PPH,E2=
(IK-PPH)-1,E=IMN/2-K-PH(IK+PPH)-1P;
基于所述噪声投影矩阵Q0和所述阵列流形A构造关系式 并基于所述
构造所述第一角度参数和第二角度参数的关系式,其中,所述关系为:
10.根据权利要求6所述的二维波达方向估计装置,其特征在于,所述第二估计模块具体用于:
定义 则 表示为
通过 和所述第一角度参数估计所述第二 角度参 数,
基于信源个数构造目标多项式,利用所述目标多项式的最接近单位圆的根估计所述第二角度参数,并基于所述第一角度参数和所述第二角度参数估计波达方向。
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