[发明专利]电磁矢量传感器阵列宽带相干源定位方法

摘要

电磁矢量传感器阵列宽带相干源到达角估计方法，均匀6分量电磁矢量传感器线阵接收K个远场、相干、宽带电磁波信号；6个通道分别进行傅里叶变换，得到多个窄带相干信号，每个频点下的6个通道之间存在旋转不变关系，利用6个通道接收信号数据相关矩阵平均解相干；利用MUSIC谱峰搜索得到信号各个频点下的到达角估计值，每一个信号都根据按照所有频点的到达角估计值算术平均得到该信号到达角的估计值；本方法通过傅里叶变换将宽带信号变成多个窄带信号然后利用电磁矢量传感器的矢量特性通过矢量旋转解相干，不存在阵列孔径损失，通过多个频点下到达角的算术平均提高参数估计精度，可以有效估计宽带相干源下的信号到达角。

主权项

1.电磁矢量传感器阵列宽带相干源定位方法，其特征在于：电磁矢量传感器阵列由N个等间隔布置于x轴上的阵元6分量电磁矢量传感器构成，阵元间的间距为dx，其中，dx≤λmin/2，λmin为入射信号的最小波长；电磁矢量传感器阵列宽带相干信号到达角估计方法的步骤如下：阵列接收K个同频率的远场宽带相干电磁波入射信号，步骤一、利用N个6分量电磁矢量传感器构成的均匀线阵作为接收阵列，接收K个远场宽带相干信号源信号，阵列M次快拍数据构成接收信号数据矩阵Y；其中数据矩阵Y＝[Y(t₁)，Y(t₂)，…，Y(t_M)]；Y(t_m)＝AS(t_m)+N_m，A为K个信号在N个阵元上的阵列导向矢量构成的矩阵，A＝[A₁，A₂，…，A_k，…，A_K]，a_k为坐标原点处阵元接收到的第k个单位功率信号电磁场矢量a_k＝[e_kx，e_ky，e_kz，h_kx，h_ky，h_kz]^T，e_kx，e_ky，e_kz分别为x，y，z轴方向的电场，h_kx，h_ky，h_kz分别为x，y，z轴方向的磁场，q_k为第k个信号在N个阵元上的相位相对于坐标原点处阵元的相位差构成的空域导向矢量为，取第一个阵元所在的位置为坐标原点，N个阵元在x轴上的坐标为X＝[0，d₁，d₂，…，d_N‑1]，θ_k∈[0，π]为第k个信号的到达角，S(t_m)是信号的第m次采样矩阵S(t_m)＝[s₁(t_m)，s₂(t_m)，…，s_k(t_m)，s_K(t_m)]，s_k(t_m)是第k个信号的第m次采样数据矢量，N_m为阵列第m次采样对应的高斯白噪声矢量；步骤二、将6个通道的接收的数据进行处理，将6个通道的宽带相干信号数据分别进行FFT处理，从而使得6个通道的宽带相干信号都变为J个窄带相干信号数据；根据天线的排布方式以及数据矩阵Y的构成方式将数据矩阵Y分成x，y，z轴方向的电场和x，y，z轴方向的磁场6个通道的接收数据矩阵Y＝[Y_ex，Y_ey，Y_ez，Y_hx，Y_hy，Y_hz]^T；将x轴方向的电场数据Y_ex分成L段，每段有J个数据其中J＝M/L，每段数据进行J点FFT变换得到J个窄带信号，第l段数据进行J点FFT变换得到：进行FFT变换后，每一段都会产生一个频率为f_j的数据信号，一共有L段，因此频率为f_j的数据的长度为L，其中将y轴方向的电场数据Y_ey分成L段，每段数据进行J点FFT变换，第l段数据进行J点FFT变换得到J个窄带信号：其中将z轴方向的电场数据Y_ez分成L段，每段数据进行J点FFT变换得到J个窄带信号：其中将x轴方向的磁场数据Y_hx分成L段，每段数据进行J点FFT变换得到J个窄带信号：其中将y轴方向的磁场数据Y_hy分成L段，每段数据进行J点FFT变换得到J个窄带信号：其中将z轴方向的磁场数据Y_hz分成L段，每段数据进行J点FFT变换得到J个窄带信号：其中步骤三、分别求x，y，z轴方向的电场和x，y，z轴方向的磁场6个通道的J个窄带相干信号的数据协方差矩阵，通过6个通道数据协方差矩阵的叠加得到每个窄带信号对应的总的数据协方差；求x轴方向的电场分量的J个窄带信号的数据协方差矩阵R_ex(f₁)，R_ex(f₂)，…，R_ex(f_j)，…，R_ex(f_J)，其中求y轴方向的电场分量的J个窄带信号数据协方差矩阵，其中求z轴方向的电场分量的J个窄带信号数据协方差矩阵，其中求x轴方向的磁场分量的J个窄带信号数据协方差矩阵，其中求y轴方向的磁场分量的J个窄带信号数据协方差矩阵，其中求z轴方向的磁场分量的J个窄带信号数据协方差矩阵，其中将6个通道的数据叠加处理得到J个频率对应的总数据协方差矩阵R(f₁)，R(f₂)，…，R(f_j)，…，R(f_J)，其中步骤四、对每个频率对应的数据协方差矩阵进行特征分解得到噪声子空间，构造MUSIC空间谱函数，通过谱峰搜索得到每个频率点对应的信号到达角的估计，将J个频率点得到的信号到达角求平均，得到最终的信号到达角估计；对R(f₁)，R(f₂)，…，R(f_j)，…，R(f_J)分别进行特征分解得到信号子空间e_N(f₁)，…，e_N(f_j)，…e_N(f_J)，构造每个频率点对应的MUSIC空间谱：其中为第j个频率对应的搜索导向矢量，是空间搜索角度在搜索空间[0，180°]范围内取值，根据需要可以均匀取值，也可以非均匀取值；MUSIC谱的的峰值对应的角度为信号的到达角的估计值：Ω＝[Ω₁，Ω₂，…，Ω_j，…，Ω_J]，其中为第j个频率点的MUSIC谱对应的信号信号到达角的估计值，已经安照角度大小进行了升序排列；对J组角度的估计结果进行平均其中为第k个信号的最终估计结果；前述步骤中的k＝1，...，K为信号个数，m＝1，2，...，M为快拍数，l＝1，2，…，L为段的序号，j＝1，2，…，J为频点的序号，为虚数单位。