[发明专利]L型电磁矢量传感器阵列解相干ESPRIT参数估计方法

摘要

L型电磁矢量传感器阵列解相干ESPRIT参数估计方法，阵列接收K个相干窄带平稳远场电磁波信号，接收阵列获取N次同步采样数据；抽取x、y、z三个坐标轴的电偶极子子阵和磁偶极子子阵对应的6个子阵数据，通过子阵数据协方差矩阵处理恢复数据协方差矩阵的秩，得到解相干后的数据协方差矩阵；由解相干后的数据协方差矩阵特征分解得到信号子空间，根据阵列的结构特点，将信号子空间进行分块，利用分块后的信号子空间估计x、v方向旋转不变关系矩阵；并进而得到x和y轴方向的方向余弦，利用配对后的方向余弦得到二维到达角的估计；本发明利用电磁矢量传感器子阵的旋转不变特性解相干，不存在孔径损失的不足，参数配对方法简单有效，参数估计精度高。

主权项

1.L型电磁矢量传感器阵列解相干ESPRIT参数估计方法，其特征在于：所述阵列由2M‑1个均匀分布于x轴和y轴的电磁矢量传感器构成，其中，M个阵元沿x轴均匀排列且阵元间隔为d_x，M个阵元沿y轴均匀排列且阵元间隔d_y，坐标原点的两轴共用，所述阵元是空间共点且相互垂直的x轴、y轴和z轴方向电偶极子和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轴方向电偶极子相互平行，所有的y轴方向电偶极子相互平行，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d_x≤λ_min/2，d_y≤λ_min/2，λ_min为入射电磁信号的最小波长；解相干ESPRIT参数估计方法的步骤如下：步骤一、利用L型均匀电磁矢量传感器接收阵列，接收K个远场窄带相干源电磁波信号，接收阵列获取N次同步采样数据Z；步骤二、抽取x、y、z三个坐标轴的电偶极子子阵和x、y、z三个坐标轴的磁偶极子子阵，通过子阵数据协方差矩阵处理恢复数据协方差矩阵的秩，得到解相干后的数据协方差矩阵R_Z；根据阵列数据Z的排布规律将数据分成x、y、z轴的电场子阵和x、y、z轴的磁场子阵数据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其中，通过6个子阵数据协方差矩阵的算术平均得到解相干后的满秩数据协方差矩阵R_Z；步骤三、由解相干后的数据协方差矩阵R_Z进行特征分解得到信号子空间U_s，根据阵列的结构特点，将信号子空间进行分块，利用分块后的信号子空间分别在x、y轴方向利用ESPRIT估计旋转不变关系矩阵和根据阵列数据的排布规律，将信号子空间U_s进行分块运算，信号子空间U_s分成x轴子阵对应的信号子空间U_sx和y轴子阵对应的子空间U_sy，再将U_sx分成x轴子阵的前M‑1个阵元对应的信号子空间U_sx1和后M‑1个阵元对应的信号子空间U_sx2，U_sy分成y轴子阵的前M‑1个阵元对应的信号子空间U_sy1和后M‑1个阵元对应的信号子空间U_sy2，x轴上的两个均匀子阵满足的关系为U_sx1＝A_x1T₁，U_sx2＝A_x2T₁，A_x2＝A_x1Φ_x，其中，T₁是K×K的非奇异变换矩阵，是旋转不变关系矩阵，U_sy1＝A_y1T₂，U_sy2＝A_y2T₂，A_y2＝A_y1Φ_y，其中，diag(·)表示以矩阵中元素为对角元素的对角矩阵，是旋转不变关系矩阵，且对进行特征分解，特征值构成旋转不变关系矩阵Φ_y的估计对进行特征分解，特征值构成旋转不变关系矩阵Φ_x的估计其中，步骤四、利用旋转不变关系矩阵的估计值和估计x轴方向余弦和y轴方向的方向余弦其中，利用配对后的方向余弦和得到到达角的估计值和x和y轴方向的旋转不变关系矩阵和是由两次独立的特征分解得到，和中信号的排列顺序一般不同，由矩阵和估计得到的x轴方向余弦矩阵和y轴方向余弦矩阵中信号的排列顺序也将不同，因此必须进行配对运算才能使同一个信号的x轴方向的方向余弦和y轴方向的方向余弦匹配成对，本发明根据同一个信号x轴方向余弦和y轴方向余弦构成的阵列导向矢量位于信号子空间，因此有利用这种方式对第k个y轴方向余弦进行配对，使得表达式最大的x轴方向余弦与y轴方向余弦配对成功，此时从而得到到达角的估计值：前述步骤中的k＝1，...，K，l＝1，...，K，j表示虚数单位。