[发明专利]一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法

说明书

本发明公开了一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法，解决了欠定条件下部分极化信号波达方向及极化参数估计问题。包括在直角坐标系中放置稀疏线阵；构建部分极化信号阵列接收模型并采样；提取均匀虚拟子阵列的输出并进行空间平滑；利用子空间类方法进行波达方向估计；对信号的极化度、极化指向角和极化椭圆率角进行估计。该方法采用稀疏阵列估计信号波达方向，提高测向自由度，克服均匀线阵中阵元数对信号源数量的限制，实现对信号参数的超定估计，还实现信号参数的欠定估计；在建模时考虑了部分极化信号，符合实际应用场景；不仅能估计信号的波达方向，还能估计信号的极化度、极化指向角和极化椭圆率角。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，尤其涉及对入射信号的波达方向和极化参数的估计，具体是一种欠定条件下部分极化信号角度与极化参数的联合估计。

背景技术

阵列测向技术是利用传感器来估计入射信号的波达方向，广泛应用于雷达、通信、声呐及医学诊断等军用和民用技术领域。为了得到精确的波达方向估计，研究者们围绕最基本的均匀线阵和完全极化信号做了大量研究。然而现实中的信号往往不是完全极化,而是部分极化，极化方式也各不相同。另外，当信号源的个数大于传感器个数时，传统的均匀线阵测向方法也不再适用。

信号源个数大于传感器个数条件下的参数估计被称为欠定估计。为了解决欠定估计问题，新的稀疏阵列结构被提出，如最小冗余阵列，嵌套阵，互质阵及扩展互质阵等。通过此类特殊结构的阵列将实际阵元的接收信号转换到虚拟域，形成由多个虚拟阵元构成的虚拟阵列。由于虚拟阵列中的阵元个数大于实际阵元个数，从而有效提高了测向自由度。如文献：Pal P,Vaidyanathan P P.Coprime sampling and the music algorithm[C].2011Digital Signal Processing and Signal Processing Education Meeting(DSP/SPE).IEEE,2011及文献Pal P,Vaidyanathan P P.Nested Arrays:A Novel Approach toArray Processing With Enhanced Degrees of Freedom[J].IEEE Transactions onSignal Processing,2010,58(8):4167-4181。但是上述方法都是在完全极化信号的基础上进行波达方向估计的，而现实应用中的信号往往不是完全极化信号，于是研究者们开始对部分极化信号的欠定测向方法进行研究。文献：He J,Zhang Z,Shu T,et al.DirectionFinding of Multiple Partially Polarized Signals With a Nested Cross-DiopleArray[J].IEEE AntennasWireless Propagation Letters,2017,16:1679-1682利用嵌套阵列提高了测向自由度，并对各个阵元接收的部分极化信号进行降维处理，最后利用多重信号分类方法进行波达方向估计。但是该方法只对信号的波达方向进行了估计，并不能对部分极化信号的极化度等极化参数进行估计。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法，相比于现有的部分极化信号测向方法，该方法不仅可有效提高信号的测向自由度来处理欠定测向问题，同时还能对部分极化信号的极化度、极化指向角和极化椭圆率角进行估计。

一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法，具体包括以下步骤：

步骤一、放置稀疏阵列

在直角坐标系中，将L个阵元沿y轴排列，阵元间间距为d的整数倍，将各阵元在y轴上的位置按从小到大的顺序排列，构成列向量γ＝[μ₁,μ₂,...,μ_L]^Td＝μd，每个阵元由x方向极化和y方向极化的交叉极化天线构成，即每个阵元有2路输出。