[發明專利]電磁矢量傳感器陣列寬帶相干源定位方法

在審

• 申請號: 201810984417.4
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN108983145A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 王蘭美;郭立新;王桂寶;廖桂生;孫長征
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;陜西理工大學
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.電磁矢量傳感器陣列寬帶相干源定位方法，其特征在于：

電磁矢量傳感器陣列由N個等間隔布置于x軸上的陣元6分量電磁矢量傳感器構成，陣元間的間距為d_x，其中，d_x≤λ_min/2，λ_min為入射信號的最小波長；

電磁矢量傳感器陣列寬帶相干信號到達角估計方法的步驟如下：陣列接收K個同頻率的遠場寬帶相干電磁波入射信號，

步驟一、利用N個6分量電磁矢量傳感器構成的均勻線陣作為接收陣列，接收K個遠場寬帶相干信號源信號，陣列M次快拍數據構成接收信號數據矩陣Y；

其中數據矩陣Y＝[Y(t₁)，Y(t₂)，…，Y(t_M)]；Y(t_m)＝AS(t_m)+N_m，A為K個信號在N個陣元上的陣列導向矢量構成的矩陣，A＝[A₁，A₂，…，A_k，…，A_K]，a_k為坐標原點處陣元接收到的第k個單位功率信號電磁場矢量a_k＝[e_kx，e_ky，e_kz，h_kx，h_ky，h_kz]^T，e_kx，e_ky，e_kz分別為x，y，z軸方向的電場，h_kx，h_ky，h_kz分別為x，y，z軸方向的磁場，q_k為第k個信號在N個陣元上的相位相對于坐標原點處陣元的相位差構成的空域導向矢量為，取第一個陣元所在的位置為坐標原點，N個陣元在x軸上的坐標為X＝[0，d₁，d₂，…，d_N-1]，θ_k∈[0，π]為第k個信號的到達角，S(t_m)是信號的第m次采樣矩陣S(t_m)＝[s₁(t_m)，s₂(t_m)，…，s_k(t_m)，s_K(t_m)]，s_k(t_m)是第k個信號的第m次采樣數據矢量，N_m為陣列第m次采樣對應的高斯白噪聲矢量；

步驟二、將6個通道的接收的數據進行處理，將6個通道的寬帶相干信號數據分別進行FFT處理，從而使得6個通道的寬帶相干信號都變為J個窄帶相干信號數據；

根據天線的排布方式以及數據矩陣Y的構成方式將數據矩陣Y分成x，y，z軸方向的電場和x，y，z軸方向的磁場6個通道的接收數據矩陣Y＝[Y_ex，Y_ey，Y_ez，Y_hx，Y_hy，Y_hz]^T；將x軸方向的電場數據Y_ex分成L段，每段有J個數據其中J＝M/L，每段數據進行J點FFT變換得到J個窄帶信號，第l段數據進行J點FFT變換得到：進行FFT變換后，每一段都會產生一個頻率為f_j的數據信號，一共有L段，因此頻率為f_j的數據的長度為L，其中將y軸方向的電場數據Y_ey分成L段，每段數據進行J點FFT變換，第l段數據進行J點FFT變換得到J個窄帶信號：其中將z軸方向的電場數據Y_ez分成L段，每段數據進行J點FFT變換得到J個窄帶信號：其中將x軸方向的磁場數據Y_hx分成L段，每段數據進行J點FFT變換得到J個窄帶信號：其中將y軸方向的磁場數據Y_hy分成L段，每段數據進行J點FFT變換得到J個窄帶信號：其中將z軸方向的磁場數據Y_hz分成L段，每段數據進行J點FFT變換得到J個窄帶信號：其中

步驟三、分別求x，y，z軸方向的電場和x，y，z軸方向的磁場6個通道的J個窄帶相干信號的數據協方差矩陣，通過6個通道數據協方差矩陣的疊加得到每個窄帶信號對應的總的數據協方差；

求x軸方向的電場分量的J個窄帶信號的數據協方差矩陣R_ex(f₁)，R_ex(f₂)，…，R_ex(f_j)，…，R_ex(f_J)，其中求y軸方向的電場分量的J個窄帶信號數據協方差矩陣，其中求z軸方向的電場分量的J個窄帶信號數據協方差矩陣，其中求x軸方向的磁場分量的J個窄帶信號數據協方差矩陣，其中求y軸方向的磁場分量的J個窄帶信號數據協方差矩陣，其中求z軸方向的磁場分量的J個窄帶信號數據協方差矩陣，其中將6個通道的數據疊加處理得到J個頻率對應的總數據協方差矩陣R(f₁)，R(f₂)，…，R(f_j)，…，R(f_J)，其中

步驟四、對每個頻率對應的數據協方差矩陣進行特征分解得到噪聲子空間，構造MUSIC空間譜函數，通過譜峰搜索得到每個頻率點對應的信號到達角的估計，將J個頻率點得到的信號到達角求平均，得到最終的信號到達角估計；

對R(f₁)，R(f₂)，…，R(f_j)，…，R(f_J)分別進行特征分解得到信號子空間e_N(f₁)，…，e_N(f_j)，…e_N(f_J)，構造每個頻率點對應的MUSIC空間譜：其中為第j個頻率對應的搜索導向矢量，是空間搜索角度在搜索空間[0，180°]范圍內取值，根據需要可以均勻取值，也可以非均勻取值；MUSIC譜的的峰值對應的角度為信號的到達角的估計值：Ω＝[Ω₁，Ω₂，…，Ω_j，…，Ω_J]，其中為第j個頻率點的MUSIC譜對應的信號信號到達角的估計值，已經安照角度大小進行了升序排列；對J組角度的估計結果進行平均其中為第k個信號的最終估計結果；

前述步驟中的k＝1，...，K為信號個數，m＝1，2，...，M為快拍數，l＝1，2，…，L為段的序號，j＝1，2，…，J為頻點的序號，為虛數單位。