1.一种UUV舷侧平行阵协方差加权融合DOA估计方法,平行互质阵列由子阵1和子阵2组成,子阵2阵元数量与阵列结构和子阵1相同,子阵1和子阵2之间的间距为d, , 表示信号的波长;子阵1是由一对均匀线阵嵌套而成的互质阵,第一个均匀线阵由间隔Nd的M个传感器组成,其阵元位置集和为 ,第二个均匀线阵由间隔Md的N个传感器组成,其阵元位置集合为 ,其中M和N是互质整数,两个均匀线阵共用第一个传感器,该互质阵共由M+N‑1个传感器组成;子阵2与子阵1平行,在子阵1的上方,两个子阵的间距为d,用 和 分别表示第 个入射信源的方位角和俯仰角,其中 , 表示入射信源的个数,用 表示入射信号与子阵1之间的夹角,其特征在于:一种UUV舷侧平行阵协方差加权融合DOA估计方法包括如下步骤:步骤一:子阵1和子阵2的阵列接收数据分别为 和 ,计算子阵1的自协方差矩阵 ,子阵1和子阵2的互协方差矩阵 ,子阵2的自协方差矩阵 ,子阵2与子阵1的互协方差矩阵,L为快拍数, 表示矩阵的共轭转置;
步骤二:定义均匀虚拟阵列位置集合, ,其中,对步骤一中的四个协方差矩阵分别进行差分共阵处理,得到对应的虚拟阵列信号向量;
步骤三:基于步骤二得到的虚拟信号向量,构造初始自协方差目标矩阵;
步骤四:基于步骤二得到的虚拟信号向量,构造初始互协方差目标矩阵;
步骤五:设定权重系数 , 满足 ,对初始目标矩阵进行融合,得到融合自协方差矩阵 ,同时生成对应的已知元素指示矩阵 ,其元素定义如下:;
步骤六:基于半正定与Toeplitz约束,利用步骤五的 求解如下凸优化问题,重构完整的自协方差矩阵 , ,其中 表示正则化参数, 表示Hadamard乘积, 表示矩阵的迹, 表示Frobenius范数的平方;
步骤七:融合互协方差矩阵 ,同时生成对应的已知元素指示矩阵,其元素定义如下: ;
步骤八:基于核范数正则化与Toeplitz约束,通过步骤七计算得到 求解如下凸优化问题,重构完整的互协方差矩阵 ,其中, 表示以c为第一列,r为第一行的Toeplitz矩阵, 表示正则化参数,;
步骤九:根据步骤六得到的插值以后的协方差矩阵 和步骤八得到的 构造扩展矩阵;
步骤十:对 进行奇异值分解,提取信号子空间 ,对 进行分块得 , ,的维度均为 ,利用 , 构造矩阵 ;
步骤十一:对 特征值分解, ,可以从 中得到对应的特征值 ,表示入射信源的数量,通过特征值可得俯仰角 ,式中表示取复数的相位角;
步骤十二:利用 特征分解后的特征向量矩阵 ,重构方向矩阵 ,根据相邻元素间的相位关系可得 , 表示入射信源的数量,其中 , , 表示2范数的平方;
步骤十三:通过步骤十二得到的 ,可得 角的估计值 ,表示入射信源的数量;
步骤十四:根据步骤十三得到的 和步骤十一得到的 可得方位角的估计值, 表示入射信源的数量。
2.如权利要求1所述的一种UUV舷侧平行阵协方差加权融合DOA估计方法,其特征在于:步骤二中所述得到对应的虚拟阵列信号向量的方法为:A1:初始化虚拟信号向量 ,令其所有元素为空值;
A2:对于每个虚拟位置差 ,找出所有满足 的实际阵元对索引 ,其中,m和n分别表示实际阵列中第m个和第n个阵元的索引, ,, 为实际阵元总数,构成集合 ,其中为实际阵元位置;
A3:若 非空,则计算该位置虚拟信号值为: ,其中表示矩阵 的第m行第n列元素, ;
A4:若 为空,则 保持为空值;
A5:得到四个虚拟信号向量: ,每个向量长度为 。
3.如权利要求1所述的一种UUV舷侧平行阵协方差加权融合DOA估计方法,其特征在于:步骤三中所述构造初始自协方差目标矩阵的方法为:B1:对虚拟信号向量进行零填充处理:将向量中空值元素替换为0,得到填充后向量 ,;
B2:对自协方差矩阵 和 ,构造Hermitian Toeplitz目标矩阵,定义中心索引,取向量 的第c至第 个元素构成列向量 ,取向量 的第c个元素及其之前元素的共轭并逆序排列,构成行向量;取 向量 的第c 至第 个元 素构 成列向 量,取向量 的第c个元素及其之前元素的共轭并逆序排列,构成行向量 ;
B3:构造Toeplitz矩阵 ,并强制Hermitian对称,构造Toeplitz矩阵 ,并强制Hermitian对称 ,其中构造Toeplitz矩阵时使用的向量 的长度均为 ,且满足 ,以保证矩阵主对角线元素一致。
4.如权利要求1所述的一种UUV舷侧平行阵协方差加权融合DOA估计方法,其特征在于:步骤四中所述构造初始互协方差目标矩阵的方法为:取列向量 ,取行向量 ,构造Toeplitz目标矩阵 ;取列向量 ,取行向量
,构造Toeplitz目标矩阵 ,其中构造Toeplitz矩阵时使用的向量 的长度均为 ,且满足 ,以保证矩阵主对角线元素一致。
5.如权利要求1所述的一种UUV舷侧平行阵协方差加权融合DOA估计方法,其特征在于:步骤五中所述权重系数 和 根据两个阵列的信噪比差异自适应调整:若子阵1的信噪比高于子阵2;则令 ,反之则令 。