[发明专利]电磁矢量传感器阵列解相干二维MUSIC参数估计方法

摘要

电磁矢量传感器阵列解相干二维MUSIC参数估计方法，L型阵列接收K个远场窄带相干信号，利用接收阵列获取N次同步数据；分别抽取x轴、y轴和z轴方向电偶极子和x轴、y轴和z轴方向磁偶极子6个子阵数据，利用子阵的空间旋转不变特性，通过子阵数据协方差矩阵算术平均得到变换前、变换后和变换前后的互协方差数据矩阵，由变换前、变换后和变换前后的协方差矩阵得到解相干后的数据协方差矩阵，从而恢复数据协方差矩阵的秩，对解相干后的数据协方差矩阵进行奇异值分解得到信号子空间和噪声子空间，利用噪声子空间构造MUSIC空间谱，通过谱峰搜索完成二维到达角的估计，对均匀和非均匀阵均成立，无阵列孔径损失，谱峰尖锐，空间分辨率高。

主权项

1.电磁矢量传感器阵列解相干二维MUSIC参数估计方法，其特征在于：非均匀L型阵列由2M‑1个分布在x轴和y轴的电磁矢量传感器构成，其中M个阵元位于x轴，M个阵元位于y轴，坐标原点的两轴共用，阵元是由空间共点且相互垂直的x轴、y轴和z轴方向的电偶极子和x轴、y轴和z轴方向的磁偶极子构成的电磁矢量传感器，所有传感器的对应通道相互平行：所有的x轴电偶极子相互平行，所有的y轴电偶极子相互平行，所有的z轴方向电偶极子相互平行，所有的x轴方向磁偶极子相互平行，所有的y轴方向磁偶极子相互平行，以及所有的z轴方向磁偶极子相互平行；相邻阵元间距小于入射电磁信号的最小半波长；电磁矢量传感器阵列解相干二维MUSIC参数估计方法的步骤如下：L型非均匀电磁矢量传感器阵列接收K个远场窄带相干信号，K为入射声源信号的数量，步骤一、利用L型非均匀电磁矢量传感器接收阵列，接收K个远场窄带相干信号，接收阵列获取N次同步采样数据Z；步骤二、抽取x轴、y轴和z轴方向电偶极子子阵接收的电场数据和x轴、y轴和z轴方向的磁偶极子子阵接收的磁场数据，通过子阵数据协方差矩阵处理恢复数据协方差矩阵的秩，得到变换前的满秩数据协方差矩阵R_Z；根据阵列数据Z的排布规律将数据分成x轴、y轴和z轴方向电场和x轴、y轴和z轴方向的磁场子阵数据Z_ex、Z_ey、Z_ez、Z_hx、Z_hy、Z_hz，计算6个子阵数据的协方差矩阵和和分别是x轴、y轴和z轴方向的电场数据协方差矩阵，分别是x轴、y轴和z轴方向磁场数据协方差矩阵，通过6个子阵数据协方差矩阵的算术平均得到变换前的满秩数据协方差矩阵R_Z；步骤三、对子阵接收数据进行变换，求变换后的满秩数据协方差矩阵R_Y和变换前后的满秩数据协方差矩阵R_ZY，由变换前的满秩数据协方差矩阵R_Z、变换后的满秩数据协方差矩阵R_Y和变换前后的满秩数据协方差矩阵R_ZY得到解相干后的数据协方差矩阵R，从而恢复数据协方差矩阵的秩；对子阵数据Z_ex、Z_ey、Z_ez、Z_hx、Z_hy、Z_hz变换得到其中，J_M是M×M的反对角变换矩阵，J_i，M‑i+1＝1(i＝1，…，M)是矩阵J_M的第i行第M‑i+1列的元素，J_M的其它元素全部为零，表示对子阵数据Z_ex、Z_ey、Z_ez、Z_hx、Z_hy、Z_hz取共轭后的数据，求变换后子阵数据Y_ex、Y_ey、Y_ez、Y_hx、Y_hy、Y_hz的数据协方差矩阵其中求变换前后数据的互协方差矩阵Q_ex、Q_ey、Q_ez、Q_hx、Q_hy、Q_hz，其中，变换后协方差矩阵的算术平均得到变换后的满秩数据协方差矩阵变换前后数据的互协方差矩阵求算术平均得到变换前后的满秩数据协方差矩阵R_ZY＝(Q_ex+Q_ey+Q_ez+Q_hx+Q_hy+Q_hz)/6，构造解相干数据协方差矩阵R＝[R_ZY R_Z R_Y]；步骤四、由解相干后的数据协方差矩阵R进行奇异值分解得到信号子空间U_s和噪声空间U_n；利用噪声子空间U_n构造MUSIC空间谱P(θ，φ)，通过谱峰搜索完成二维到达角的估计：其中，θ_opt表示俯仰角的估计值，φ_opt表示方位角的估计值；其中，是MUSIC谱峰，θ∈[0，π/2]是搜索俯仰角，φ∈[0，2π]是搜索方位角，A(θ，φ)表示搜索阵列导向矢量。