[發明專利]基于交叉偶極子陣列的非圓信號定位快速估計方法及裝置

有效

• 申請號: 201910144132.4
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109738857B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 王伶;夏繼鋼;張林讓;謝堅;湯湘偉;閆雙山;王峽州;陶明亮;汪躍先;張兆林;粟嘉;邢自健;韓闖;劉龍;宮延云;楊欣
• 申請（專利權）人: 中電科技揚州寶軍電子有限公司
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 黃啟兵

1.一種基于交叉偶極子陣列的非圓信號定位快速估計方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟一：各陣元天線接收目標信號，經過下變頻后得到中頻模擬信號，再對中頻模擬信號進行1024點A/D采樣，得到十路數字實信號；

步驟二：將步驟一中的數字實信號進行正交下變頻、數字濾波，得到濾除噪聲信號的數字復信號；

步驟三：將步驟二中的數字復信號進行FFT變換，得到校正系數，各路信號通過校正系數進行補償，消除誤差，從而得到幅度相位一致性信號；

步驟四：計算幅相誤差校正后的協方差矩陣數據R_10*10，并對其進行進一步的一維角度解算，消去距離參數，僅留下角度參數的估計；

步驟五：利用空間譜估計算法，對步驟四的角度進行譜峰搜索，得到準確方位角信息；再將剛解算出的角度信息代入，由空間譜估計算法進行一維距離估算，求解出距離信息，完成目標信號的DOA信息估計；

所述步驟一具體為：針對2M+1個線性均勻對稱分布的陣列，陣元編號l從左至右依次從-M至M排序，對每一個交叉偶極子天線陣列依次進行深度為T的采樣，得到十路數字實信號z_l(t)

其中，z_x,l(t)表示交叉偶極子在X極化方向接收的信號，z_y,l(t)表示交叉偶極子在Y極化方向接收的信號；

所述步驟四中的計算協方差矩陣具體為：

矩陣元素R_xi,yj、R_xi,xj、R_yi,yj表達式分別如下：

根據上述公式計算協方差矩陣：

2.根據權利要求1所述的基于交叉偶極子陣列的非圓信號定位快速估計方法，其特征在于：所述步驟四中的一維角度解算具體為：

利用協方差矩陣，做特征分解可得

R＝Us∧_SUs^H+U_N∧_NU_N^H

其中，N是信源數，∧_S是包含K個大特征值的對角矩陣，∧_N是包含剩余2N-K個小特征值的對角矩陣，Us是由K個大特征值對應的特征向量張成的2N×K信號子空間，U_N是由(2)N-K個小特征值對應的特征向量張成的2N×(2)N-K噪聲子空間；

引入以下輔助定理公式來將原本的二維搜索降低到先角度搜索，再距離搜索：

其中，第k個近場信號到原點的角度θ_k，到原點的距離r_k，表征信號與其零相信號的相移的非圓參數ψ_k，表征電磁波極化狀態的極化參數γ_k,η_k；導向矢量矩陣A的表達式如以下公式所示

A＝[Q₁,...,Q_K]

q_k＝[q_-L,k(θ_k,r_k),q_-L+1,k(θ_k,r_k),...,q_0,k(θ_k,r_k),q_1,k(θ_k,r_k),...,q_L,k(θ_k,r_k)]^T

c_k＝[cosθ_-L,k,cosθ_-L+1,k,...,cosθ_0,k,cosθ_1,k,...,cosθ_L,k]

A_e＝[A^T,(A^*Ψ^*)^T]^T，其中：

ψ是非圓信號對于其零相信號的相位絕對偏移，ψ的表達式如以下公式

是增廣矩陣A_e的列向量；

選擇矩陣

以上矩陣拓展之后為：

存在一個K×K的滿秩矩陣G，滿足Us＝A_eG；

結合輔助定理公式，可構造4M×4M的對角矩陣：

Φ(θ)＝diag{e^j2Mr,...e^j2(1-M)r,e^-j2Mr,...e^j2(M-1)r}，

其中，r的表達式如以下公式所示

r＝-2πdsinθ/λ

其中，d表示陣元間距，λ表示波長；

然后構造矩陣

當θ＝θ_k時，的第k列為0，說明矩陣是奇異矩陣，其中W是4M×K的絕對滿秩矩陣，因此可推出以下的角度估計：