[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

说明书

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。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种电磁矢量传感器阵列的相干源的二维到达角估计方法。

背景技术

由于实际传播环境的复杂性，入射到阵列上的信号中有相干信号源的情况是普遍存在的，包括同频干扰和多径传播信号，在雷达阵列信号处理中，相干信号源干扰会造成虚警或者目标定位错误。对相干信号源，传统的MUSIC、ESPRIT高分辨信号子空间类到达角(DOA)估计方法失效，必须探索能够解相干的方法，因此，探索有效的相干信号处理方法是阵列信号处理中的一个相当重要的研究内容，也是雷达、声呐和通信等领域的基本任务之一。

以空间平滑为代表的解相干方法减小了阵列孔径，增大了阵列的波束宽度，降低了阵列的分辨能力，且空间平滑一般只适用于均匀线阵，严重限制了方法的应用范围。电磁矢量传感器是一种新型的传感器，该传感器不仅能够获取信号的幅度和相位信息，而且能够同时获取信号的三维电场和三维磁场，它是由空间上共点且相互正交的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，分别测量x轴、y轴和z轴方向的电场和x轴、y轴和z轴方向的磁场。与标量传感器阵列相比较，电磁矢量传感器阵列不仅能够获取阵列孔径信息，而且能够感知各分量之间的正交矢量信息，因而具有更高的空间分辨力和测向精度，近年来已成为国内外学者研究的热点问题。现有的解相干方法主要是针对标量一维均匀线阵的一维到达角估计方法，对于二维到达角估计方法研究很少，且往往非常复杂，吴小强发表的论文“基于ESPRIT算法的二维DOA估计方法研究”(哈尔滨工程大学2008年硕士学位论文)中研究了改进的二维ESPRIT算法和基于四阶累计量处理和空时处理的二维ESPRIT算法，该方法具有一定的解相干能力，但该方法需要构造非常复杂的矩阵，且后续算法也非常复杂；本发明针对现有方法的不足提出了非均匀L型电磁矢量传感器阵列的解相干二维MUSIC参数估计方法，该发明方法利用了电磁量传感器子列的旋转不变特性解相干，称为空间旋转解相干方法，利用解相干后的数据协方差矩阵获取噪声子空间，然后利用噪声子空间构造MUSIC谱，通过方位角和俯仰角的搜索完成到达角的谱峰搜索，本发明方法简单，参数估计精度高。

发明内容

本发明的目的是提供一种非均匀电磁矢量传感器阵列解相干二维到达角估计方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

电磁矢量传感器阵列解相干二维MUSIC参数估计方法，K个相干窄带、远场电磁波信号从不同的方向(θ_k，φ_k)入射到该接收阵列上，θ_k∈[0，π/2]是第k个信号的俯仰角，φ_k∈[0，2π]是第k个信号的方位角，k＝1，...，K，阵列由2M-1个非均匀分布于x轴和y轴的电磁矢量传感器阵元构成，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参数估计方法步骤如下：