JP7044289B2 - コプライム平面アレーのバーチャルドメインテンソル空間スペクトル検索に基づく高解像の正確な二次元到来方向推定方法 - Google Patents

Description

本発明はアレー信号処理技術分野に属し、特にコプライム平面アレーテンソル信号に基づく統計信号処理技術に関し、具体的にはコプライム平面アレーバーチャルドメインテンソル空間スペクトル検索に基づく高解像の正確な二次元到来方向推定方法であり、受動検知及び空間位置決めに用いることができる。

コプライム平面アレーはシステム化アーキテクチャを有する二次元スパースアレーとして、大口径、高解像の特徴を有し、従来の等間隔アレーと比較して、二次元到来方向推定の推定精度、解像度などの総合性能上の突破を実現することができ、同時に、二次元バーチャルドメインを構築することにより、バーチャルドメインの等間隔エリアアレーにナイキストマッチング条件に合致する信号処理を行うことができることで、コプライム平面アレーの信号ミスマッチ問題を解決することができる。バーチャルドメイン信号に基づいてコプライム平面アレー空間スペクトルを構築し、さらに二次元スペクトルピーク検索により、正確な二次元到来方向推定を得ることができる。これを考え方として、従来の方法は、一般的に二次元空間構造情報を有する入射信号をベクトルで表し、かつ時間平均の方式でマルチサンプリング信号の二次統計量を計算し、さらにベクトル化によりバーチャルドメイン二次等価信号を導出する。しかしながら、ベクトル方式で表示されたコプライム平面アレー受信信号及びそのバーチャルドメイン等価信号には、生信号の多次元空間構造情報を失うだけでなく、データ量が増大するにつれて、次元災害を引き起こしやすいため、これを基礎として空間スペクトルを構築しかつ二次元到来方向推定を取得するのは、精度、解像度などの性能に依然として欠陥が存在する。

上記問題を解決するために、テンソル空間スペクトル検索に基づくコプライム平面アレーの二次元到来方向推定方法は注目される。テンソルは高次元のデータ構造として、信号の生の多次元情報を記憶することができ、同時に、高次特異値分解、テンソル分解等の多次元代数理論もテンソル信号の多次元特徴抽出に豊富な分析用具を提供する。これにより、テンソル信号モデルはコプライム平面アレー入射信号の多次元空間構造情報を十分に利用することができる。しかしながら、従来の方法は依然としてテンソル信号を実際に受信することに基づいて処理を行うが、コプライム平面アレーの二次元バーチャルドメインを利用してテンソル空間スペクトル構造を行うことがなく、コプライム平面アレーの信号ミスマッチの問題を解決せず、精度が損なわれ、そして生成されたスペクトルピークの解像度が低く、互いにエイリアシングが発生しやすい。したがって、従来の方法は精度及び解像性能に依然として大きなリフト空間が存在する。

本発明の目的は、上記方法に存在する信号多次元空間構造情報の損失及び空間スペクトル分解能、精度性能が制限された問題に対して、コプライム平面アレーのバーチャルドメインテンソル空間スペクトル検索に基づく高解像の正確な二次元到来方向推定方法を提供することであり、コプライム平面アレーテンソル信号統計量とバーチャルドメイン空間スペクトルとの関係を確立し、バーチャルドメインテンソル空間スペクトル検索アーキテクチャを提供し、高解像、高精度の二次元到来方向推定を実現して実行可能な考え方及び効果的な解決手段を提供する。

本発明は従来の技術に比べて以下の利点を有する：
（１）本発明はテンソルでコプライム平面の実際の受信信号を表示し、従来の方法と異なり二次元空間情報をベクトル化して特徴付け、かつスナップショット情報を平均して二次統計量を得て、本発明は各サンプリングスナップショット信号を第三次元で重ね合わせ、かつ四次元空間情報を含む二次相互相関テンソルを利用して空間スペクトル推定を行い、コプライム平面アレーの実際の入射信号の多次元空間構造情報を保留する。
（２）本発明はバーチャルドメイン等価信号のテンソル統計量分析によりバーチャルドメイン信号のサブ空間分類構想を構築し、テンソル空間スペクトルの構造に理論的な基礎を提供し、それによりコプライム平面アレー信号のミスマッチの問題を解決し、ナイキストマッチング条件に合致するバーチャルドメインテンソル空間スペクトル構造を実現する。
（３）本発明はテンソルＣＡＮＤＥＣＯＭＰ／ＰＡＲＡＣＦＡＣ分解及び高次特異値分解の方式を採用してバーチャルドメイン信号の四次自己相関テンソルに対して多次元特徴抽出を行い、それによりバーチャルドメインモデルと信号、ノイズサブ空間との間の関係を確立し、高精度、高分解能のテンソル空間スペクトルを実現するために基礎を提供する。

図1は本発明の全体的なフローチャートである。 図2は本発明におけるコプライム平面アレーの構造概略図である。 図3は本発明の導出した拡張バーチャルドメインエリアアレーの構造概略図である。 図4は本発明の構造されたテンソル空間スペクトルの概略図である。

以下に図面を参照して、本発明の技術的解決手段をさらに詳細に説明する。

従来の方法に存在する信号多次元空間構造情報の損失及び空間スペクトル分解能、精度性能が制限されるという問題を解決するために、本発明はコプライム平面アレーバーチャルドメインテンソル空間スペクトル検索に基づく高解像の正確な二次元到来方向推定方法を提供する。コプライム平面アレーに対してテンソル信号を受信することで統計分析を行うことにより、バーチャルドメインエリアアレー空間構造情報を有するバーチャルドメイン等価信号を構築し、バーチャルドメイン信号テンソル統計量の多次元特徴分析手段に基づいて、バーチャルドメインモデルとテンソル空間スペクトルとの間の関連を確立し、それによりバーチャルドメイン上でナイキストマッチング条件に合致するテンソル空間スペクトル検索に基づく高解像の正確な二次元到来方向推定方法を実現する。図1に示すように、本発明の実現ステップは以下のとおりである。

以下にシミュレーション実施例を参照して本発明の効果をさらに説明する。

本発明に提供されるコプライム平面アレーのバーチャルドメインテンソル空間スペクトル検索に基づく高解像の正確な二次元到来方向推定方法の空間スペクトルは図4に示すとおりである。分かるように、本発明に提供される方法は二次元空間スペクトルを効果的に構成することができ、ここで、入射源に対応する二次元到来方向の位置に鋭いスペクトルピークが存在し、該スペクトルピークに対応する 軸及び 軸の値は入射源のピッチ角及び方位角である。

前記のように、本発明はコプライム平面アレー信号の多次元構造情報を十分に考慮し、テンソル信号を利用してモデリングし、バーチャルドメインエリアアレー空間構造情報を有するバーチャルドメイン等価信号を構築し、かつそのテンソル統計特性を分析することにより、バーチャルドメイン自己相関テンソル多次元特徴抽出に基づくサブ空間分類構想を構築し、コプライム平面アレーバーチャルドメインモデルとテンソル空間スペクトルとの間の関係を確立し、コプライム平面アレーの信号ミスマッチ問題を解決する。同時に、本発明はテンソル分解及び高次特異値分解の二種類のテンソル特徴抽出手段を利用することにより、高精度、高解像度テンソル空間スペクトルの構造メカニズムを提供し、従来の方法に比べて、空間スペクトルの解像度及び二次元到来方向推定精度性能に突破を取得する。

以上は本発明の好ましい実施形態だけであり、本発明は好ましい実施例で以上のように開示されているが、本発明を限定するものではない。当業者であれば、本発明の技術的解決手段の範囲から逸脱することなく、上記開示された方法及び技術内容を利用して本発明の技術的解決手段に対して多くの可能な変動及び修飾を行い、又は同等変化の等価実施例に修正することができる。したがって、本発明の技術的解決手段の内容から逸脱せず、本発明の技術的思想に基づいて以上の実施例に対して行われたいかなる簡単な修正、同等変化及び修飾は、いずれも依然として本発明の技術的解決手段の保護範囲内に属する。

Claims (7)

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