[發明專利]一種基于極化敏感面陣的空域-極化域聯合譜估計方法

在審

• 申請號: 202011481220.2
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112748407A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 陳志坤;劉淳熙;彭冬亮;郭云飛
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了一種基于極化敏感面陣的空域?極化域聯合譜估計方法。目前的極化敏感陣列多為線陣，僅能檢測一維空間角度，極化狀態也被限制在Poincare球面η＝90°的大圓軌道上，因此實用價值較低。本發明如下：一、建立二維極化面陣接收信號模型。二、本發明借鑒MUSIC算法的思想，研究高效低復雜度的改進新方法。針對非相干信號源的參數估計問題，為降低算法的運算量和復雜度，考慮到極化矢量的范數為常數這一特點，采用拉格朗日乘數法進行降維操作，成功將四維參數估計問題轉換為方位角和俯仰角的二維譜峰搜索，進而估計出極化幅角和極化相位差。

技術領域

本發明屬于陣列信號處理技術領域，具體涉及一種基于極化面陣的空域-極化域聯合譜估計算法。

背景技術

作為陣列信號處理領域的一個分支，極化敏感陣列被廣泛應用于雷達、通信等諸多領域。極化敏感陣列能夠通過陣元的空間分布和相位差，同時獲得入射信號的DOA和極化信息。極化敏感陣列輸出的是矢量信息而非標量信息，與普通陣列相比，極化敏感陣列具有更強的抗干擾能力、更穩健的檢測能力、更高的分辨能力和極化多址能力。

完備的空間電磁波信號是一個六維的復矢量信號，與傳統的標量陣列只獲取電磁波信號中的一維信息不同，電磁矢量傳感器能夠獲得空間電磁波信號的六維或至少高于一維的信息，因此可以感應到空間電磁信號的極化信息，在極化敏感陣列信號處理中，極化域-空域聯合的參數估計和波束形成是兩個最重要的研究方向。

極化敏感陣列參數估計包含了波達方向角(DOA，direction of arrival)估計和極化參數估計兩方面內容，通過在極化域和空域的聯合處理可以同時得到信號的波達方向角和極化參數。同時，由于極化信息的引入，陣列信號處理的維數從純空域轉變到極化域-空域的聯合處理，維數明顯增加，算法的復雜度也相應的有所提高，因此研究極化域-空域聯合的降維參數估計算法也是很有必要的。

現有的極化敏感陣列接收信號模型多為線陣，僅能檢測一維空間角度，極化狀態也被限制在Poincare球面η＝90°的大圓軌道上，因此實用價值較低。本文提出了極化敏感面陣的接收信號模型(建立在四維空間上)，采用降維MUSIC算法將模型降低至二維進行譜峰搜索，先行計算出空間方位角和俯仰角，進而估計出極化幅角和極化相位差，大大提高了實用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于極化面陣的空域-極化域聯合譜估計方法。

本發明的具體步驟如下：

步驟一、根據預設的信源數、快拍數、載波頻率、調頻率、采樣率，產生線性調頻信號的包絡s(t)；

設置信源方位角θ、俯仰角極化幅角η、極化相位差γ這四個電磁信號參數；

設置陣列有關參數，包括：水平陣元數N_x、豎直陣元數N_y、陣元間距d。

步驟二、產生傳統陣列導向矢量矩陣，方法如下：

將y軸方向的陣元空間信息投影到x軸方向，投影矩陣為符號表示矩陣的Kronecker積，ones()是生成全1矩陣的函數，d_x表示x軸陣元間距d_x＝[0:N_x-1]×d；

將x軸方向的陣元空間信息投影到y軸方向，投影矩陣為d_y表示y軸陣元間距d_y＝[0:N_y-1]×d；

將x和y軸投影矩陣、信號在坐標軸方向的分量相結合組成傳統陣列導向矢量矩陣如式(1)：

式中j表示復數的虛部，λ為來波信號波長。