[发明专利]一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法

说明书

本发明公开了一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法，包括以下步骤：随机产生阵列，并记录天线位置；根据天线位置计算空间采样频率向量；计算所有天线的相关输出向量；将辐射源的辐射空间范围进行离散化处理；构建压缩感知测量方程；凸优化重构获得太赫兹辐射源空间角度。本发明基于太赫兹辐射源空域稀疏特性，应用压缩感知原理进行阵列信号处理，可采用任意阵实现对太赫兹辐射源的宽空域测向，不要求最小天线间距小于半波长，对阵列排列也没有要求，较好地解决了因太赫兹波长太短导致的宽空域测向问题。

技术领域

本发明涉及太赫兹辐射源的测向方法技术领域，更具体的说是涉及一种采用任意阵列实现对太赫兹辐射源的宽空域无源测向方法。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz-10THz范围内的一段电磁波，当前太赫兹源、太赫兹探测器以及太赫兹功能器件的发展使其在通信、雷达探测、安检等领域应用逐步增多，因此研究针对太赫兹辐射源的无源测向方法非常有必要。但是常见的无源测向方法如干涉仪测向、空间谱估计测向等是基于空域傅里叶变换采样原理，为了实现宽空域测向，要求无源测向阵列最小天线间距小于半波长，并对阵列排列有要求。而太赫兹波的频率很高，波长一般在亚毫米量级，天线间距很难满足半波长要求，因此常规测向方法难以实现对太赫兹辐射源的宽空域测向。

因此，如何提供一种对天线间距和阵列均无特殊要求的太赫兹宽空域无源测向方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法，该方法可使用任意阵列结合压缩感知技术实现宽空域测向，没有最小天线间距要求，对天线排列也没有要求，为受限空间以及太赫兹波测向提供了一种可行途径。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法，包括以下步骤：

S1：采用N个天线组成一维天线阵列，并记录天线位置y_i，i＝1,2,…,N；

S2：根据天线位置，获得空间采样频率u_mn，并构建空间采样频率向量u；

S3：根据N个天线接收的太赫兹辐射源辐射的信号，获得N路模拟信号，并将N路模拟信号转换为N路数字复信号x_i(t)；其中，i＝1,2,…,N，t为离散时间变量，N为大于3的整数；

S4：选择任意两路数字复信号x_n(t)、x_m(t)，1≤n≤m≤N，计算其相关输出R_nm，并根据n和m的顺序构建相关输出向量R；

S5：获取空域中没有太赫兹辐射源时的系统噪声的相关输出，并统计相关输出的噪声方差

S6：将辐射源的辐射空间范围进行离散化处理，构建太赫兹辐射源功率的空间分布向量P；

S7：根据输出向量R和空间分布向量P构建任意阵列的压缩感知测量方程；

S8：对压缩感知测量方程进行凸优化重构，获得太赫兹辐射源空间角度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明通过采用压缩感知代替原有的傅里叶空域采样思想，基于太赫兹辐射源的空域稀疏特性，采用任意阵实现对太赫兹辐射源的宽空域测向，对最小天线间距以及天线布阵要求很低。

优选的，在上述一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法中，步骤S1中的一维天线阵列为随机生成的天线阵列排布或根据布阵空间约束设置一个具体天线阵列排布。

优选的，在上述一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法中，其特征在于，步骤S2包括：