[发明专利]基于天线均匀平面阵的二维波达方向角估计方法

摘要

本发明公开了一种基于天线均匀平面阵的二维波达方向角估计方法，主要解决现有技术方向角估计运算量大，造成目标侦察和无源定位反应速度慢和估计误差大的问题。其实现步骤为：采用天线接收机形成均匀平面阵；计算所有天线接收机回波信号；计算天线接收机回波信号的噪声子空间；令其中一维角度为固定值代入角度求解函数获得另一维角度值，多次运算得到多组值；利用多组角度值生成幅度谱图；通过寻找幅度谱图中的峰值点获得天线均匀平面阵的二维角度值。本发明将二维波达方向角度估计化简成一维波达方向角度估计过程，大幅度降低了运算量，提高了目标侦察和无源定位反应速度，避免了因信息滞后引起的参数估计误差，可用于快速目标侦察和无源定位。

主权项

1.一种基于天线均匀平面阵的二维波达方向角估计方法，包括以下步骤：1）采用天线接收机形成均匀平面阵，其中x轴方向有N个天线接收机，y轴方向有M个天线接收机，且天线接收机间距均为d，N≥2，M≥2，0<d≤λ/2，λ为入射窄带信号波长；2）将I个不相关的窄带信号s_i(t)以二维波达方向角(α_i,β_i)入射到天线均匀平面阵上，其中，i=1,2,...,I，1≤I<NM，α_i表示待求的第i个窄带信号的入射方向与x轴的夹角，β_i表示待求的第i个窄带信号的入射方向与y轴的夹角，且α_i∈(0°,180°]，β_i∈(0°,180°]；3）计算天线均匀平面阵上所有天线接收机的回波信号Y(t)；Y(t)=Σi=1IΣm=0M-1Σn=0N-1[an(αi)⊗am(βi)]·si(t)+N(t)]]>其中，N(t)为噪声信号向量，a_n(α_i)和a_m(β_i)分别表示第i个入射的窄带信号的二维角度α_i和β_i相应的方向向量，展开形式表示为：a_n(α_i)=(1,exp(j2πd·cosα_i/λ),...,exp[j2πd·(N-1)·cosα_i/λ])^Ta_m(β_i)=(1,exp(j2πd·cosβ_i/λ),...,exp[j2πd·(M-1)·cosβ_i/λ])^T4）计算天线接收机回波信号Y(t)的噪声子空间U_n；5）构造角度求解函数minV(α_i,β_i)，其中V(α_i,β_i)为：V(αi,βi)=amH(βi)G(αi)am(βi)]]>其中，G(αi)=[an(αi)⊗IM]HUnUnH[an(αi)⊗IM]]]>为中间变量；6）设α_i为(0°,180°]范围内的一个固定值，根据角度求解函数minV(α_i,β_i)，按如下步骤得到β_i的值：6a）定义中间变量b_i=exp(j2πd·cosβ_i/λ)，并将其代入式V(α_i,β_i)中，得到式V(α_i,b_i)，对b_i求导得到2M-2个根；6b）在的2M-2个根中寻找幅值最接近1的根做为b_i的值，再将该b_i代入以下公式计算得到相应的β_i值：βi=arccos(λ2πdarg(bi));]]>7）α_i取(0°,180°]范围内的其它固定值，重复执行步骤6），获得相应的β_i值；8）将得到的多组α_i和β_i代入函数1/V(α_i,β_i)获得相应的多个V值，在平面中以(0,0)为原点坐标，以多组(α_i,V)为x，y坐标绘制幅度值点，将各点相连，得到幅度谱图；9）从幅度谱图中按照从高到低的顺序寻找幅值较大的前I个谱峰，将这些谱峰的峰值点对应的x坐标作为求得的α_i值，用这些α_i对应的β_i作为求得的β_i值，完成基于天线均匀平面阵的二维波达方向角估计。