[发明专利]基于非共位非均匀极化阵的部分极化信号多参数估计方法

说明书

本发明公开了一种基于非共位非均匀极化阵的部分极化信号多参数估计方法。本发明方法实现步骤是：布置非共位非均匀极化阵列；构建部分极化信号接收模型并采样；求阵列样本协方差矩阵及其误差统计分布；构造用于重构共位均匀极化阵列理论协方差矩阵的优化问题并求解；基于重构的共位均匀极化阵列理论协方差矩阵估计信号来波方向；求解信号相干矩阵并估计信号极化参数。本发明方法阵列采用非共位的方式，每个极化单元相位中心不重叠，一方面避免了共位阵列极化单元间存在的互耦问题；另一方面每个阵元只有一个射频通道，节省了资源。然后，阵列采用非均匀的方式，解除了均匀阵列对于阵列孔径的限制，并且保证了波达方向估计没有模糊。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，特别涉及对部分极化信号的多参数估计，具体是一种基于非共位非均匀极化阵的部分极化信号多参数估计方法。

背景技术

阵列天线技术被用来估计信号波达方向等参数，广泛应用于雷达、通信等技术领域。以往的研究多假设阵列为标量阵列，即阵列的极化单一。这种情况下，当信号极化与阵列极化不同时将导致极化失配，降低信噪比。为解决该问题，极化阵(全称极化敏感阵)被提出。极化阵包含不同极化的单元，可接收信号的不同极化分量。除了解决极化失配问题，极化阵还使得估计信号极化参数成为可能。基于极化阵，研究人员对完全极化信号做了大量研究。完全极化信号的极化参数固定，但在某些应用中信号的极化随时间改变，此类信号被称为部分极化信号。完全极化信号属于部分极化信号的一种特例，因而针对部分极化信号的研究更具普遍意义。

为了方便信号处理，极化阵中的每个阵元常由多个相位中心重叠的不同极化单元构成，且每个阵元具有相同的结构，如文献1(Shu T,Wang K,He J,et al.Subspace-BasedMethod for Direction Finding of Multiple Partially Polarized Signals[J].Chinese Journal of Electronics,2018,27(1):206-212)采用的方法。多个极化单元相位中心重叠被称为共位。极化单元共位会带来两个问题。一方面，由于每个极化单元需配备一个射频通道，一个阵元就对应多个射频通道，从而会增加硬件成本；另一方面，共位的极化单元会引起单元间的互耦，降低参数估计性能。针对该问题，文献2(F.Liu，H.Li，W.Xiaand Y.Wang，A DOA and Polarization Estimation Method Using a Spatially Non-Collocated Vector Sensor Array,2014IEEE China SummitInternational Conferenceon Signal and Information Processing(ChinaSIP),2014,pp.763-767)提出一种非共位阵列，其中每个极化单元的相位中心互不重叠，并各自单独构成一个阵元。但该阵列由于具有均匀结构，为了避免来波方向的模糊，需要不同极化单元间距不超过四分之一个波长，因而会减小阵列孔径并增大互耦。另外，该文献提出的参数估计方法是针对信号为完全极化情形，并不适用于部分极化信号。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于非共位非均匀极化阵的部分极化信号多参数估计方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

步骤(1)布置非共位非均匀极化阵列：

所述非共位非均匀极化阵列由两个非均匀子阵列构成，两个子阵列的极化互相正交，共同构成均匀线阵。子阵列中的每个阵元只由一个极化单元构成，即每个阵元只有一个输出端口。

均匀线阵布置方式具体为：在三维直角坐标系中，沿y轴放置两个非均匀子阵列，分别为x方向极化子阵列和y方向极化子阵列；其中：