[發明專利]電磁矢量傳感器線陣解相干MUSIC參數估計方法

有效

• 申請號: 201710098050.1
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN107064862B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 王蘭美;徐曉健;王瑤;代少玉;楊樂;張艷艷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

電磁矢量傳感器線陣解相干MUSIC參數估計方法，M個任意分布在y軸的電磁矢量傳感器線陣接收K個相干窄帶、平穩遠場電磁信號，陣列獲取N次同步采樣數據，根據子陣旋轉不變特性得到變換前數據協方差矩陣、變換后的數據協方差矩陣和變換前后數據互協方差矩陣，由變換前、變換后和變換前后的數據協方差矩陣得到解相干后的數據協方差矩陣，對解相干后的數據協方差矩陣進行奇異值分解得到信號子空間和噪聲子空間，利用噪聲子空間構造MUSIC空間譜，通過角度域的一維MUSIC譜峰搜索得到到達角的估計值，本發明方法聯合利用空間旋轉解相干和前后項平滑的思想，在不損失陣列孔徑的前提下大大提高了參數估計的精度，且對于均勻和非均勻線陣均成立。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，尤其涉及一種電磁矢量傳感器陣列的相干源到達角估計方法。

背景技術

在實際中由于信號傳輸過程的多徑現象和回波信號以及人為干擾，使得相關信號源非常普遍，所以基于相關源的檢測和估計是信號處理的重要研究課題。當入射信號相互獨立時子空間類方法有很好的參數估計性能，但是如果入射的信號是相干信號，以MUSIC為代表的子空間類方法將失效。當入射信號是相干信號時，信號子空間的維數將小于信號源個數，信號子空間擴散到了噪聲子空間，從而導致信號子空間和噪聲子空間不完全垂直，從而導致子空間類方法失效，無法進行到達角估計。

為了解決相干信號的上述難題，國內外學者做了大量的研究工作，提出了一系列的解相干方法，這些方法的關鍵是如何恢復數據協方差矩陣的秩。目前解相干的方法大致可以分為兩類，一類是降維的方法，一類是非降維的方法，其中降維方法主要有空間平滑法和矩陣重構法，非降維方法有聚焦方法和虛擬變換方法。這些方法雖然解決了信號的相干問題，但仍存在一些不足，以聚焦處理為代表的非降維方法的計算復雜度大大增加。以空間平滑為代表的降維方法減小了陣列孔徑，增大了陣列的波束寬度，降低了陣列的分辨能力。且空間平滑一般只適用于均勻線陣，嚴重限制了方法的應用范圍。

理想電磁矢量傳感器由空間共點且相互正交的x軸、y軸和z軸方向電偶極子和x軸、y軸和z軸方向磁偶極子構成的電磁矢量傳感器，所有傳感器的對應通道相互平行：所有的x軸電偶極子相互平行，所有的y軸電偶極子相互平行，所有的z軸方向電偶極子相互平行，所有的x軸方向磁偶極子相互平行，所有的y軸方向磁偶極子相互平行，以及所有的z軸方向磁偶極子相互平行；本發明針對現有方法的不足提出了適用于均勻和非均勻陣列的電磁矢量傳感器陣列解相干MUSIC方法，利用了電磁矢量傳感器陣列自身的矢量結構特性，將電磁矢量傳感器陣列分成x軸的電場子陣、y軸的電場子陣和z軸的電場子陣、x軸的磁場子陣、y軸的磁場子陣和z軸的磁場子陣六個子陣，利用子陣的旋轉不變特性解相干，這種解相干方法稱為空間旋轉解相干方法。為了進一步提高參數的估計精度，本發明方法聯合利用了旋轉解相干和前后項平滑的思想提出了一種改進的空間旋轉解相干方法，該發明方法在不損失陣列孔徑的前提下大大提高了參數估計的精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種電磁矢量傳感器線陣解相干MUSIC參數估計方法。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

電磁矢量傳感器線陣解相干MUSIC參數估計方法，K個相干窄帶、平穩遠場電磁信號從不同的方向θ_k入射到接收陣列上，θ_k∈[0，π/2]是第k個信號的到達角，所述陣列由M個在y軸上任意分布電磁矢量傳感器陣元構成，所述陣元是空間共點的x軸、y軸和z軸方向電偶極子和x軸、y軸和z軸方向磁偶極子構成的電磁矢量傳感器，所有傳感器的對應通道相互平行：所有的x軸電偶極子相互平行，所有的y軸電偶極子相互平行，所有的z軸方向電偶極子相互平行，所有的x軸方向磁偶極子相互平行，所有的y軸方向磁偶極子相互平行，以及所有的z軸方向磁偶極子相互平行；相鄰陣元間距小于等于λ_min/2隨機分布，λ_min為入射聲波信號的最小波長；

解相干MUSIC參數估計方法步驟如下：