[发明专利]电磁偶极子对阵列的四元数ESPRIT参数估计方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及电磁矢量传感器阵列的参数估计方法。

背景技术

电磁矢量传感器阵列不仅能够同时获得来波信号的方位参数和极化参数，还能有效的揭示电磁波各个分量的正交特性，一经提出便因其完备的电磁波接收能力成为学者们的研究热点，并且取得了一些很有价值的研究成果。但是现有的电磁矢量传感器阵列的信号处理算法大都套用经典的ESPRIT、MUSIC等子空间类的长矢量算法，长矢量算法模型是电磁矢量传感器阵列在不同空间位置上的多分量输出用一个复数长矢量进行表述，虽然能正确估计信号参数，但破坏了各分量输出数据本身所具有的矢量结构，不能完全体现入射信号的时-空-极化三维特性。

近年来，人们利用四元数代数体系理论对电磁矢量传感器阵列信号波达方向估计问题展开了研究，四元数模型突破了传统的基于复数域长矢量模型的局限性，在对电磁矢量传感器阵列进行信号处理时将阵列数据的代数结构进行扩展，建立了超复数域的四元数模型，从而形成了超复数域上的阵列信号处理算法，从而达到保留阵列输出局部矢量特性的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以减小耦合误差的电磁矢量传感器阵列的参数估计方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

电磁偶极子对阵列的四元数ESPRIT参数估计方法，包括以下步骤：K个互不相关完全极化横电磁波信号同时入射到电磁矢量传感器阵列上，所述阵列的阵元是由一个电偶极子和一个磁偶极子组成的电磁偶极子对，

步骤一、对电磁矢量传感器阵列的输出信号进行M次采样得到第一组采样数据X，延时ΔT后同步采样M次，得到第二组采样数据Y；

其中，x_ne(m)表示第n个阵元的电偶极子输出信号的第m次采样数据，x_nh(m)表示第n个阵元的磁偶极子输出信号的第m次采样数据，y_ne(m)表示延时ΔT后第n个阵元的电偶极子输出信号的第m次采样数据，y_nh(m)表示延时ΔT后第n个阵元的磁偶极子输出信号的第m次采样数据；

步骤二、将第一组采样数据X和第二组采样数据Y分别按照同阵元的电偶极子和磁偶极子的同次快拍数据叠加构成第一组接收四元数数据矩阵Z₁和第一组接收四元数数据矩阵Z₂，构造全阵列接收数据矩阵Z；

其中，表示由第n个阵元的电偶极子和磁偶极子输出信号的第m次采样数据叠加构成的四元数数据，表示延时ΔT由第n个阵元的电偶极子和磁偶极子输出信号的第m次采样数据叠加构成的四元数数据；

第一组采样数据X构成的四元数数据矩阵Z₁＝A₁S+N₁，其中，A₁＝[a₁(θ₁,φ₁,γ₁,η₁),…,a₁(θ_k,φ_k,γ_k,η_k),…,a₁(θ_K,φ_K,γ_K,η_K)]是第一组采样数据对应的阵列导向矢量，a₁(θ_k,φ_k,γ_k,η_k)＝c_kq(θ_k,φ_k)，是第k个入射信号的第一组采样数据中电磁场的四元数数据表示，和h_kz＝sinθ_kcosγ_k分别为第k个入射信号在坐标原点处沿z轴方向的电场分量和磁场分量，q(θ_k,φ_k)为全阵列相位中心的空域导向矢量，θ_k是第k个入射信号的俯仰角，φ_k是第k个入射信号的方位角，γ_k是第k个入射信号的辅助极化角，η_k第k个入射信号的极化相位差，N₁是高斯白噪声矢量，S为入射信号构成的幅度矩阵；