[發(fā)明專利]電磁矢量傳感器陣列解相干二維MUSIC參數(shù)估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710098106.3
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106970348B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王蘭美;惠哲;魏兵;安志娟;代少玉;張艷艷
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 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

電磁矢量傳感器陣列解相干二維MUSIC參數(shù)估計方法，L型陣列接收K個遠(yuǎn)場窄帶相干信號，利用接收陣列獲取N次同步數(shù)據(jù)；分別抽取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6個子陣數(shù)據(jù)，利用子陣的空間旋轉(zhuǎn)不變特性，通過子陣數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣算術(shù)平均得到變換前、變換后和變換前后的互協(xié)方差數(shù)據(jù)矩陣，由變換前、變換后和變換前后的協(xié)方差矩陣得到解相干后的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，從而恢復(fù)數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的秩，對解相干后的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣進(jìn)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(gòu)造MUSIC空間譜，通過譜峰搜索完成二維到達(dá)角的估計，對均勻和非均勻陣均成立，無陣列孔徑損失，譜峰尖銳，空間分辨率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁矢量傳感器陣列的相干源的二維到達(dá)角估計方法。

背景技術(shù)

由于實際傳播環(huán)境的復(fù)雜性，入射到陣列上的信號中有相干信號源的情況是普遍存在的，包括同頻干擾和多徑傳播信號，在雷達(dá)陣列信號處理中，相干信號源干擾會造成虛警或者目標(biāo)定位錯誤。對相干信號源，傳統(tǒng)的MUSIC、ESPRIT高分辨信號子空間類到達(dá)角(DOA)估計方法失效，必須探索能夠解相干的方法，因此，探索有效的相干信號處理方法是陣列信號處理中的一個相當(dāng)重要的研究內(nèi)容，也是雷達(dá)、聲吶和通信等領(lǐng)域的基本任務(wù)之一。

以空間平滑為代表的解相干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(yán)重限制了方法的應(yīng)用范圍。電磁矢量傳感器是一種新型的傳感器，該傳感器不僅能夠獲取信號的幅度和相位信息，而且能夠同時獲取信號的三維電場和三維磁場，它是由空間上共點且相互正交的x軸、y軸和z軸方向的電偶極子和x軸、y軸和z軸方向的磁偶極子構(gòu)成的，分別測量x軸、y軸和z軸方向的電場和x軸、y軸和z軸方向的磁場。與標(biāo)量傳感器陣列相比較，電磁矢量傳感器陣列不僅能夠獲取陣列孔徑信息，而且能夠感知各分量之間的正交矢量信息，因而具有更高的空間分辨力和測向精度，近年來已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點問題。現(xiàn)有的解相干方法主要是針對標(biāo)量一維均勻線陣的一維到達(dá)角估計方法，對于二維到達(dá)角估計方法研究很少，且往往非常復(fù)雜，吳小強發(fā)表的論文“基于ESPRIT算法的二維DOA估計方法研究”(哈爾濱工程大學(xué)2008年碩士學(xué)位論文)中研究了改進(jìn)的二維ESPRIT算法和基于四階累計量處理和空時處理的二維ESPRIT算法，該方法具有一定的解相干能力，但該方法需要構(gòu)造非常復(fù)雜的矩陣，且后續(xù)算法也非常復(fù)雜；本發(fā)明針對現(xiàn)有方法的不足提出了非均勻L型電磁矢量傳感器陣列的解相干二維MUSIC參數(shù)估計方法，該發(fā)明方法利用了電磁量傳感器子列的旋轉(zhuǎn)不變特性解相干，稱為空間旋轉(zhuǎn)解相干方法，利用解相干后的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣獲取噪聲子空間，然后利用噪聲子空間構(gòu)造MUSIC譜，通過方位角和俯仰角的搜索完成到達(dá)角的譜峰搜索，本發(fā)明方法簡單，參數(shù)估計精度高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種非均勻電磁矢量傳感器陣列解相干二維到達(dá)角估計方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

電磁矢量傳感器陣列解相干二維MUSIC參數(shù)估計方法，K個相干窄帶、遠(yuǎn)場電磁波信號從不同的方向(θ_k，φ_k)入射到該接收陣列上，θ_k∈[0，π/2]是第k個信號的俯仰角，φ_k∈[0，2π]是第k個信號的方位角，k＝1，...，K，陣列由2M-1個非均勻分布于x軸和y軸的電磁矢量傳感器陣元構(gòu)成，其中，M個陣元位于x軸，M個陣元位于y軸，坐標(biāo)原點的兩軸共用，陣元是由空間共點且相互垂直的x軸、y軸和z軸方向的電偶極子和x軸、y軸和z軸方向的磁偶極子構(gòu)成的電磁矢量傳感器，所有傳感器的對應(yīng)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；相鄰陣元間距小于入射電磁信號的最小半波長；

電磁矢量傳感器陣列解相干二維MUSIC參數(shù)估計方法步驟如下：