[发明专利]一种电磁矢量互质阵基于旋转不变性的角度与极化估计方法

说明书

发明公开了一种电磁矢量互质阵基于旋转不变性的角度与极化估计方法，该方法实现的步骤如下：首先，利用阵元组成的子阵列之间、平行于x轴和y轴的偶极子组成的子阵列之间的旋转不变性得到存在模糊的角度估计值和极化信息，其中通过特征向量使角度和极化信息自动配对，避免了额外的参数配对；然后，利用子阵互质特性消除角度模糊；最后，由真实角度求出极化参数。该方法充分结合互质阵和电磁矢量阵的特点，突破传统电磁矢量满阵受限于阵列孔径的局限，在发挥互质阵性能优势、明显提高阵列参数估计性能的同时，并能检测信号极化信息，克服传统标量互质阵无法检测极化状态的不足，能够从阵列接收信号中获得更多接收信号的信息，使其实际应用性更强。

技术领域

本发明涉及一种电磁矢量互质阵中基于旋转不变性的角度和极化估计方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术

对空间传播电磁信号而言，传播方向、极化状态是其重要的特征参数，携带了空间电磁信号的重要信息。然而普通标量传感器阵列中所有阵元的极化方式相同，只能接收电磁信号的某一分量，因此阵元输出仅反映信号强度的复幅度，无法检测信号的极化信息。电磁矢量传感器阵列，也称极化敏感阵列，既可以获得信号的空间到达角信息，又可以获得信号的极化信息，其阵元的输出是矢量且对极化信息敏感，因此拥有较高的系统分辨能力、稳健的检测能力、较强的抗干扰能力等优势，为阵列性能的进一步改善提供了物理基础。

但在传统的DOA估计算法中，阵列中相邻阵元的间距必须不大于入射信号半波长，以免产生角度模糊。但此时存在相邻阵元互耦严重、阵列孔径小、分辨率差和测向精度低等不足，且无法满足实际环境需求。在这种背景下阵元间距大于半波长的稀疏阵列被提出并开始推广应用。互质阵列是稀疏阵列的一种主要形式，通过子阵的互质关系能够有效消除测向模糊，与阵元数相等的均匀线阵相比具有更大的阵列孔径，以及更高的自由度，从而在谱估计精度和分辨率上更有优势。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明的目的，在于一种电磁矢量互质阵中基于旋转不变性的阵列参数估计方法ESPRIT算法，突破了传统电磁矢量均匀阵阵元间距不大于半波长的限制，充分发挥并结合电磁矢量传感器阵列与互质阵列的优势，在提升阵列参数估计性能的同时贴近实际场景，能够从阵列接收信号中获得更多关于所接收信号的信息，使其实际应用性更强。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电磁矢量互质阵中基于旋转不变性的角度和极化估计方法，其基本思路是：建立电磁矢量传感器互质阵列模型，根据旋转不变性得到存在模糊的角度和极化信息估计，后利用子阵的互质特性消除角度模糊，得到真实角度估计，并进一步得出与真实角度匹配的极化参数估计。

本发明特征在于具体包括以下步骤：

步骤1：建立阵列信号的数学模型；

步骤2：求信号的协方差矩阵；

步骤3：求信号子空间；

步骤4：利用双极化阵元组成的子阵列之间的旋转不变性求得所有模糊角度信息；

步骤5：利用分别由平行于x轴和y轴的偶极子组成的两个子阵列间的旋转不变性求得极化信息，其中通过步骤4中特征分解得到的特征向量包含角度的列模糊信息使DOA与极化参数自动配对；

步骤6：角度模糊消除；

利用构成互质线阵的两个子阵的互质特性，寻找模糊值重合的角度估计值，即可消除角度模糊，从而得到真实的角度估计结果。

步骤7：求解极化参数估计；

利用步骤6解模糊得到的真实角度估计，得到互质线阵极化参数的估计值。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

①能获得更好的角度和极化参数估计性能；