[發明專利]基于子陣特征矩陣聯合對角化的單脈沖和差波束測角方法

有效

• 申請號: 202110023171.6
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112881975B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 余顯祥;嚴正欣;葛萌萌;張雷;方學立;王睿甲;崔國龍;孔令講;郭世盛;楊曉波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/48
• 分類號: G01S3/48
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

1.基于子陣特征矩陣聯合對角化的單脈沖和差波束測角方法，其特征在于，針對的工作場景為：空間遠場中存在相互獨立的一個目標信號和一個大功率干擾信號，并且目標信號與干擾信號的波達方向差異在主瓣范圍之內，同時入射到空間一均勻線陣，將所述線陣的天線分為若干個結構相同的子陣；測量過程包括以下步驟：

S1、采用特征矩陣聯合對角化方法分離目標信號與干擾信號；步驟S1具體為：

S11、求白化矩陣W，對子陣接收的信號x_i(t)進行預白化，得到白化信號z_i(t)＝Wx_i(t)；

假設源信號S(t)為零均值，其幅度在混合矩陣A_i上體現，源信號之間統計獨立，則第i個子陣接收信號x_i(t)的協方差矩陣為：

其中i＝1,…,M，(·)^*表示共軛，E(·)表示求均值操作，(·)^H表示共軛轉置，由于R_i為正規矩陣，對R_i進行特征值分解R_i＝UΛU^H，則白化矩陣為：

其中，U_max＝[u₁u₂]，λ₁,λ₂為相關矩陣R_i的前兩個最大特征值，u₁,u₂為其對應的特征向量；

S12、求步驟S11所得白化信號z_i(t)的四階累積量矩陣白化信號z_i(t)的四階累積量為：

其中cum(·)表示求累積量操作，z_ip(t)表示白化信號z_i(t)的第p行，p,q,k,l∈{1,2}；

S13、根據步驟S12的白化信號的四階累積量矩陣得到需要近似聯合對角化的目標矩陣；需要近似聯合對角化的目標矩陣的求解過程為：

四階累積量矩陣定義如下：

其中，表示四階累積量矩陣的第(p,q)元素；M為2×2的矩陣，m_kl為矩陣M第(k,l)元素；

對進行特征值分解，得到前2個最大特征值λ′₁,λ′₂和其對應的特征向量v₁,v₂，其中v_k,k＝1,2為4×1維列矢量，從而得到需要近似聯合對角化的目標矩陣{M₁,M₂}；其中Vec(M_k)＝λ′_kv_k,k＝1,2，Vec(·)表示向量化算符；

S14、尋找一個酉矩陣V對目標矩陣進行聯合對角化；步驟S14尋找酉矩陣V的過程為：

A1、給定初始矩陣V＝I₂、2個目標矩陣M_n，以及閾值ρ；

其中，I₂表示2×2維單位矩陣，n＝1,2；

A2、定義代價函數其中off(·)表示矩陣非對角元素模平方之和，然后根據矩陣分解知識和酉變換保范性，代價函數可以改寫為：

其中，h(Q_z(M_n))＝[m_pp-m_qq?m_pq+m_qp?j(m_qp-m_pq)]，m_pq表示矩陣M_n第p行q列元素，同理，m_pp表示矩陣M_n第p行p列元素，m_qq表示矩陣M_n第q行q列元素，c,s為Givens旋轉矩陣G中的元素；

A3、對矩陣進行特征值分解，得到其最大特征值對應的特征向量[dx,dy,dz]^T；

A4、利用A3中得到的[dx,dy,dz]^T按下式計算c,s：

根據c,s得到矩陣G_(p,q,c,s)：

A5、判斷s≥ρ是否成立，如果成立，進行步驟A5；如果不成立，則所得的V為所求的酉矩陣V；

A6、更新矩陣V＝VG_(p,q,c,s)以及目標矩陣直到p,q遍歷完1,2；從而得到所求的酉矩陣V；

S15、根據步驟S1的白化信號z_i(t)與步驟S4的酉矩陣V，得到分離信號

S2、分別對每個子陣估計出來的目標信號、干擾信號構建和差波束；

S3、根據構建的目標信號、干擾信號各自的和差波束，利用振幅比法，分別測得目標信號角度與雷達波束指向角度的偏差、干擾信號角度與雷達波束指向角度的偏差；測得分離的目標信號角度與雷達波束指向角度的偏差的具體過程為：

將每個子陣估計出來的目標信號聯合構建和差波束，和、差波束分別為：

假設探測到被干擾的目標信號時，雷達波束指向為Ω，利用振幅比法，測得分離的目標信號角度與波束指向角度的偏差為：

其中，tan^-1(·)表示反正切，M為子陣數，L為子陣陣元數，d為陣元間距；

測得分離的干擾信號角度與雷達波束指向角度的偏差具體過程為：

將每個子陣估計出來的干擾信號聯合構建和差波束，和、差波束分別為：

假設探測到被干擾的目標信號時，雷達波束指向為Ω，利用振幅比法，測得分離的干擾信號角度與波束指向角度的偏差為：

其中，tan^-1(·)表示反正切；

S4、根據目標信號角度與雷達波束指向角度的偏差得到目標信號角度，根據干擾信號角度與雷達波束指向角度的偏差得到干擾信號角度；目標信號角度為目標信號角度與波束指向角度的偏差與探測到目標信號時雷達波束指向為Ω之和；干擾信號角度為干擾信號角度與波束指向角度的偏差與探測到干擾信號時雷達波束指向為Ω之和。