採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法
2023-08-09 14:55:31
採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法
【專利摘要】該發明屬於採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，包括：初始化處理，確定各方向向量的對偶向量，確定信號子空間中各個列向量的對偶向量，快速逆離散傅立葉變換處理以確定各譜向量，最後確定與所有搜索角度對應的空間譜。該發明利用均勻圓陣方向向量之間存在的循環移位關係，將【背景技術】需對每一個搜索角度對應的空間譜值進行計算才能組成其空間譜，改為通過均勻圓陣方向向量子集中的方向向量來測定空間譜，其測定空間譜所需時間均不到【背景技術】的四分之一；因而具有可大幅度降低空間譜測定所需的計算量、對均勻圓陣的空間譜進行快速測定，且在相同的時間條件的限制下，可用於更高精度和解析度的角度搜索，獲得高精度、高解析度的空間譜等特點。
【專利說明】採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電子信息【技術領域】中天線陣列空間譜的測定方法，特別是一種採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法。
【背景技術】
[0002]利用天線陣列測定空間譜的技術廣泛應用於電子偵察、雷達、通信、聲納、地震、射電天文等諸多領域，空間譜是測定信號來波方向、進行波束形成的重要依據。測定空間譜需要按照一定的角度間隔在一定的角度範圍內確定每一個搜索的角度對應的空間譜值，所有空間譜值構成空間譜。因此，需要測定的空間譜值的個數等於要搜索的角度個數。為了獲得高精度、高解析度的空間譜測定結果，需要設置的角度間隔很小，相應需要搜索的角度個數很多，因而導致測定空間譜所需的時間增加；當陣元數變大時，由於每個搜索的角度所需的計算量變大，又導致測定空間譜所需的時間隨著搜索的角度間隔變小而巨增。
[0003]基於子空間原理的空間譜測定方法，例如，2008年3月26日公開的申請號為200610113171、名稱為《適用於均勻圓陣的陣列互耦校正與信源測向方法》的專利文獻，該信源測向方法對應每個搜索的角度，均需通過下式測定其空間譜值(即空間譜直接測定方法):
【權利要求】
1.採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，包括: 步驟1.初始化處理:將均勻圓陣的徑波比、天線個數、信號個數、搜索的角度範圍、相鄰搜索角度之間的間隔角度、所有搜索的角度的個數P進行初始化處理並存入內存； 步驟2.確定各方向向量的對偶向量:先確定均勻圓陣方向向量子集中的方向向量個數，再確定均勻圓陣方向向量子集，然後對均勻圓陣方向向量子集中的每個方向向量進行快速離散傅立葉變換，從而確定均勻圓陣方向向量子集中的每個方向向量的對偶向量； 步驟3.確定信號子空間中各個列向量的對偶向量:先確定用於表示均勻圓陣的樣本自相關矩陣信號子空間的所有列向量，再對均勻圓陣的樣本自相關矩陣的信號子空間中的每個列向量進行快速離散傅立葉變換，並取共軛，從而確定信號子空間中的每個列向量的對偶向量； 步驟4.快速逆離散傅立葉變換處理以確定各譜向量:將方向向量子集中的第I個方向向量的對偶向量分別與信號子空間中的第I個至最後一個列向量的對偶向量的對應元素相乘，得到與信號個數相等個積向量；再對每個積向量分別進行快速逆離散傅立葉變換處理，得到一組個數與信號個數相等、其元素個數與天線個數相同的譜向量；然後再依次將方向向量子集中的第2個至最後一個個方向向量的對偶向量分別與信號子空間中的第I個至最後一個列向量的對偶向量的對應元素相乘，再對所得的各積向量分別進行快速逆離散傅立葉變換處理，得到相應的其餘各組譜向量後，一併轉步驟5 ； 步驟5.確定與所有搜索角度對應的空間譜:對步驟4所得每一組譜向量均按:將該組各譜向量中的各個元素分別取絕對值並平方，然後再將各譜向量中平方後的對應元素分別相加，所得各和值即分別為與相應搜索角度對應的空間譜值；繼而按相同方法得到其餘各組譜向量與各搜索角度對 應的空間譜值；從而得到由天線個數與方向向量子集中方向向量個數的乘積個空間譜值組成的空間譜。
2.按權利要求1所述採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，其特徵在於在步驟I中所述所有搜索的角度的個數P = [360° /d]，360°是搜索的角度範圍，d為相鄰搜索角度之間的間隔角度。
3.按權利要求1所述採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，其特徵在於在步驟2中所述確定均勻圓陣方向向量子集中的方向向量個數Q= [P/M]，所述確定均勻圓陣方向向量子集為，其中， —IM-1 //I \) )= e0--『 07 α表示均勻圓陣的徑波比，[]τ表示向量轉置，Qtj= (q-l)d, q = 1，2，…，Q。
4.按權利要求1所述採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，其特徵在於在步驟3中所述確定用於表示均勻圓陣的樣本自相關矩陣信號子空間的所有列向量為uk，k=l，2，...，!(，K是信號的個數。
5.按權利要求1所述採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，其特徵在於在步驟3中所述得到信號子空間中的每個列向量的對偶向量為Vk為:vk= (FFT(Uk))%其中，FFT(Uk)表示對方向向量Uk進行快速離散傅立葉變換，(FFT(Uk)廣表示對FFT(Uk)取共軛，k= 1，2，…，K，K為信號的個數。
6.按權利要求1所述採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，其特徵在於在步驟4中所述對所得向量進行快速逆離散傅立葉變換，結果為:其中，表示對方向向量b(A)G)%進行快速逆離散傅立葉變換，ΜΜΘ'表示方向向量的對偶向量b( θ q)與信號子空間中的每個列向量的對偶向量vk的對應元素相乘所得的向量，k= 1，2，...，!(，K為信號的個數。
7.按權利要求1所述採用均勻圓陣快速測定空間譜的方法，其特徵在於在步驟5中所述由快速逆離散傅立葉變換得到所有搜索角度對應的空間譜為:
其中，9q= (q_l)d，d是相鄰搜索角度之間的間隔角度，q = 1，2，…，Q，Q是均勻圓陣方向向量子集中的方向向量個數，m= 1，2，一^，11為均勻圓陣的天線個數，》丨"(4)表示向量wk( Θ q)的第m個元素，k = I, 2,…，K, K為信號的個數。
【文檔編號】G01S3/46GK104049234SQ201410100251
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】萬群, 徐保根, 萬義和, 湯四龍, 鄒麟, 叢迅超, 劉江波, 丁學科, 饒中初 申請人:電子科技大學, 同方電子科技有限公司