[发明专利]基于非同心电磁矢量阵列雷达的两维波达方向估计方法

摘要

本发明公开了一种基于非同心电磁矢量阵列雷达的两维波达方向估计方法，主要解决极化阵列雷达对目标定位和跟踪过程中互耦严重、估计精度低的问题，其实现过程是：1）构造稀疏均匀非同心电磁矢量传感器阵列的接收数据；2）对接收数据进行特征值分解求得信号子空间；3）针对信号子空间构造旋转不变关系方程，并利用最小二乘算法求得模糊方向余弦精估计；4）利用信号子空间求得无模糊方向余弦粗估计；5）结合模糊方向余弦精估计和无模糊方向余弦粗估计，得到两维波达方向估计。本发明在不增加阵元数和硬件复杂度情况下有效扩展了阵列物理孔径，使得两维波达方向的估计精度大大增加，可用于雷达对目标的精确定位与跟踪。

主权项

1.一种基于非同心电磁矢量阵列雷达的两维波达方向估计方法，包括如下步骤：1）根据稀疏均匀矩形非同心电磁矢量传感器的阵列结构，得到每个非同心电磁矢量传感器的接收数据x_m，n(t)，m,＝1,…,M,n＝1,…,N，其中M为x轴方向非同心电磁矢量传感器个数，N为y轴方向非同心电磁矢量传感器个数；将所有x_m，n(t)排列成矢量形式，构成整个阵列的接收数据x(t)；2）根据接收数据x(t)，利用最大似然估计得到协方差矩阵其中L为快拍数；对协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间E_S；3）通过信号子空间E_S计算方向余弦的模糊精估计：3a）构造两对选择矩阵为：和其中第一对选择矩阵中的J2u=O6(M-1)N,6NI6(M-1)N,]]>J1u=I6(M-1)NO6(M-1)N,6N,]]>第二对选择矩阵中的J2v=IM⊗O6,6I6(N-1),]]>J1v=IM⊗I6(N-1)O6,6,]]>I表示单位矩阵，O表示零矩阵；3b）通过第一对选择矩阵构造关于信号子空间E_S的旋转不变关系方程利用总体最小二乘方法解得第一旋转不变关系矩阵Ψ^u；对Ψ^u进行特征分解，得到x轴方向余弦的模糊精估计值和第一非奇异矩阵T^u；3c）通过第二对选择矩阵构造关于信号子空间E_S的旋转不变关系方程利用总体最小二乘方法解得第二旋转不变关系矩阵Ψ^v；对Ψ^v进行特征分解得到y轴方向余弦的模糊精估计和第二非奇异矩阵T^v；4）通过信号子空间E_S计算方向余弦的无模糊粗估计：4a）计算第一中间变量矩阵根据矩阵计算非同心电磁矢量传感器的第一流形矢量a~ku=c1Σm=1MΣn=1NA^u{[6(m-1)N+6(n-1)+1]:[6(m-1)N+6n]}[(Φu)*]m-1[(Φv)*]n-1ek]]>其中，c₁为复常数，为矩阵的第i行至第j行构成的矩阵。选择向量K为目标个数，k＝1,…,K为步骤3b）中的x轴方向余弦的模糊精估计值，k＝1,…,K为步骤3c）中的y轴方向余弦的模糊精估计值。4b）对第一流形矢量进行归一化矢量叉乘得第一传播矢量q^u；对第一传播矢量q^u求模值得到第一组方向余弦的无模糊粗估计值表示x轴方向的第一组方向余弦无模糊粗估计值，表示y轴方向的第一组方向余弦无模糊粗估计值；4c）计算第二中间变量矩阵根据矩阵计算非同心电磁矢量传感器的第二流形矢量a~kv=c1Σm=1MΣn=1NA^v{[6(m-1)N+6(n-1)+1]:[6(m-1)N+6n]}[(Φu)*]m-1[(Φv)*]n-1ek]]>4d）对第二流形矢量进行归一化矢量叉乘，得到第二传播矢量q^v；对第二传播矢量q^v求模值，得到第二组方向余弦的无模糊粗估计值表示x轴方向的第二组方向余弦无模糊粗估计值，表示y轴方向的第二组方向余弦无模糊粗估计值；4e）对步骤4b）中的第一组方向余弦无模糊粗估计值和步骤4d）中的第二组方向余弦无模糊粗估计值求平均，得到方向余弦的无模糊估计值5）根据步骤3）中的方向余弦模糊精估计值和步骤4）中的方向余弦无模糊粗估计值用方向余弦模糊精估计值减去方向余弦无模糊粗估计值的最小范数，解得高精度无模糊方向余弦估计值根据高精度无模糊方向余弦估计值利用下式的三角操作求得高精度两维波达方向估计值：θ^k=arcsin(u^k2+v^k2)φ^k=arctan(v^ku^k),k=1,...,K,]]>其中，为第k个目标的俯仰角，为第k个目标的方位角。