[发明专利]一种基于极化时频分布的波达方向估计算法

说明书

本发明公开一种基于极化时频分布的波达方向估计算法，包含：S1、对阵列所接收的数据进行时频变换，在其时频域内估计来波信号的瞬时频率和调频斜率；S2、用估计的信号参数进行时频域上的选点，对于频率参数不同的信号分别进行处理，分别选各自时频脊上的点去构造空间时频分布矩阵；S3、对构造的空间时频分布矩阵分别用时频ESPRIT算法进行DOA估计，得到DOA值一个大致范围；S4、在得到的DOA范围内进行时频MUSIC算法，构造空间谱，得到精确DOA估计值。本发明用极化时频ESPRIT算法对来波信号确定大致方位角，再以每个方位角为中心确定小的角度范围，用MUSIC算法进行谱峰搜索得到较准确的DOA估计值，在保证DOA估计精度的基础上节省大部分运算时间，更好地应用于工程实践中。

技术领域

本发明涉及波达方向估计方法领域，具体涉及一种基于极化时频分布的波达方向估计算法。

背景技术

在雷达信号处理研究中，如何提高波达方向(Direction of arrival，DOA) 估计的精度一直是研究热点。现代空间谱估计技术中有很多经典算法，比如多重信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法、旋转不变子空间(Estimation ofSignal Parameters via Rotational In-variance Techniques， ESPRIT)算法等，但是这些经典算法现在已经满足不了现代雷达体制中所需要的估计精度了。

雷达中多使用线性调频信号作为发射信号，它属于非平稳信号，时频分析方法在处理非平稳信号时可以提取更多的信息，利用时频分析方法对回波信号的非平稳特性进行有效地利用可以提高空间谱估计的性能。

极化信息是电磁波信号的固有属性，也是回波信号的信息，利用极化敏感阵列天线来接收雷达回波信号，则可以充分利用回波信号的空域、时频域以及极化域信息。现有技术中，已提出了空间时频分布的概念，并将其运用到DOA估计中。后来从理论上证明了空间时频分布矩阵的结构可以用来进行信号的到达角估计，这为后来的学者进行空间时频信号处理的研究提供了理论支撑。

在极化研究领域，现有技术中就已经利用由交叉偶极子构成的极化敏感阵列并且结合经典的超分辨估计算法进行了测向研究。另，目前已研究了基于均匀线阵的极化敏感阵列情况下的极化状态参数和电磁波来波方向的估计。本发明综合考虑电磁信号空域、时频域以及极化域所包含的信息，以双极化正交偶极子组成的均匀线阵为模型，结合时频分析方法对非平稳信号的能量聚集作用，再结合现代空间谱超分辨估计技术对来波信号进行DOA估计，研究一种基于极化时频分布的DOA估计算法，以解决雷达探测目标时方位估计精度低、速度慢的问题。

现有技术中以公开有一种极化敏感阵列下非圆信号DOA与极化参数联合估计方法，该方法利用信号的非圆特性，提出了适用于平面双极化敏感阵列的DOA和极化参数联合估计方法，提高了信号DOA参数的估计精度，且相比于经典的适用于极化敏感阵列的测向方法有效地降低了运算量，并可以在不耗费额外运算量的同时对极化参数做出联合估计。该方案综合考虑了平面双极化敏感阵列的DOA和极化信息，但没有利用非平稳信号的时频特性，因此其估计精度还有待提高。

同时，现有技术中还公开一种单偶极子极化敏感旋转阵列DOA与极化参数联合估计方法，该方法所述的旋转阵列不仅可以利用单偶极子构造极化敏感旋转阵列进行构造，还可以利用任意极化敏感天线单元或组合对其进行构造，具有很强的可移植性。该方法降低了系统的成本，并且较少的阵元数有效的避免了阵元数较多带来的通道不一致性的问题，但是该方法计算量较大，无法满足实际工程应用中时效性的要求。

目前，也已存在一种在多径干扰环境下单偶极子极化敏感阵列降维DOA 估计方法。该方法所述降维DOA估计方法能够实现在不增加硬件需求的条件下对信号源角度的快速估计，接收并利用信号源与干扰源的极化特性有效分辨目标和干扰，实现在复杂环境下对目标的估计，具有一定的工程应用价值。该方法执行速度较快，实现成本低，但没有利用非平稳信号的时频特性，估计精度有待提高。