一种锥面共形阵列盲极化波达方向估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113419209A(43)申请公布日2021.09.21(21)申请号202110756039.6(22)申请日2021.07.05(71)申请人中国人民解放军空军工程大学地址710051陕西省西安市灞桥区长乐东路甲字一号(72)发明人梁佳齐子森孟庆微许华李彬彬王聃李文哲黄虎(74)专利代理机构北京挺立专利事务所(普通合伙)11265代理人蔡宗慧(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)G01S3/46(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图5页(54)发明名称一种锥面共形阵列盲极化波达方向估计方法(57)摘要本发明提供一种锥面共形阵列盲极化波达方向估计方法，包括下列步骤：步骤一：对锥面共形阵列天线快拍进行数据建模；步骤二：实值盲极化波达方向估计方法。新算法将子空间估计过程实值化处理，通过子阵分割设计解决了协方差矩阵分裂引起的“镜像模糊”问题，并推导了参数估计的克拉美—罗界，所提算法在保证DOA估计精度的前提下降低了算法复杂度。CN113419209ACN113419209A权利要求书1/4页1.一种锥面共形阵列盲极化波达方向估计方法，包括下列步骤：步骤一：对锥面共形阵列天线快拍进行数据建模；步骤二：实值盲极化波达方向估计方法。2.根据权利要求1所述的锥面共形阵列盲极化波达方向估计方法，其特征在于：所述的步骤一具体包括下述步骤：Step1)利用锥面共形阵列的对称性，将锥面共形阵列划分为多个子阵，每一子阵的波达方向估计算法均相同；在锥面共形阵列的圆锥面的母线上划分l1，l2，l3三个子阵，每个子阵上有m个阵元均匀分布，并且处于同一条母线上的相邻阵元间距为λ/2，其中，λ为入射信号波长；子阵l1，l2，l3在全局坐标系XOY面上进行投影，三条母线与X轴顺时针的旋转方向的夹角分别为α1,α2,α3,且α1＝π‑α3，α2∈(α1，α3)，以上子阵设置可实现方位角的估计，将整个圆锥上的多个子阵综合起来，实现的方位角估计；Step2)由共形阵列天线快拍数据建模方法，得锥面共形阵列的导向矢量为：式(1)中，ri为第i个阵元在全局坐标系中对单位强度来波信号的响应，Gi为第i个阵元在全局坐标系中的位置矢量，u为来波信号的方向矢量，θ和φ分别为来波信号相对于全局坐标系的俯仰角和方位角，j为虚数；当有n个来波信号时，阵列的流形矩阵为：A＝[a(θ1,φ1),a(θ2,φ2),…,a(θn,φn)](2)其中，此锥面共形阵列的快拍数据模型为：X＝AS+N＝(AθKθ+AφKφ)S+N(3)Kθ＝diag(k1θ,k2θ,…,knθ)(4)TS＝[s1,s2,…,sn](6)TN＝[n1,n2,…,nn](7)式(3)‑(7)中，K为对角阵，S为信号矢量，Aθ、Aφ分别为来波信号在极化正交基矢量上的流形矩阵，Kθ、Kφ分别为极化正交基矢量上投影分量构成的对角阵，Knθ、Knφ分别为第n个极化正交量上投影分量构成的对角阵，sn为第n个辐射源，nn为第n个加性噪声，N为噪声矢量，θ和分别为入射信号在全局坐标系中的俯仰角和方位角。3.根据权利要求1所述的锥面共形阵列盲极化波达方向估计方法，其特征在于：所述的步骤二具体包括下述步骤：Step1)在已求出快拍数据矩阵X的基础上，按照式(8)得到此阵列的数据协方差矩阵R；2CN113419209A权利要求书2/4页可将R‑AOCM和I‑AOCM表示为：式(8)‑(10)中，N为噪声矢量，XH为快拍数据矩阵的共轭转置，Re(X)为快拍数据矩阵的实部，Im(X)为快拍数据矩阵的虚部，ImT(X)为快拍数据矩阵的虚部转置，ReT(X)为快拍数据矩阵的实部的转置；Step2)采用实值化算法，在R‑ACOM上进行特征分解，得到实值的信号子空间，从而分别得到母线l1、l2、l3对应的Φ1、Φ2、Φ3，其中，Φ1、Φ2、Φ3分别为三条母线上阵元构成子阵的相位差；设原始的信号子空间span(S)及其共轭信号子空间span(S*)的交集，假设此交集为span(G)，表示为：式(11)中，G为信号子空间与共轭信号子空间交集的基矢量，S为信号子空间基矢量，S*为信号子空间基矢量的共轭；在对信号协方差矩阵R的实部或者虚部直接进行特征分解的处理后，提取信号子空间时，需要提取的特征向量应该翻倍，每个子阵对均由同一条母线上分布的m个阵元构造，即1～m‑1阵元，构成第一个阵列，2～m阵元，构成另一个阵列，两个阵列之间的距离为λ/2.以此类推，可分别得到母线l1、l2、l3上距离矢量各不相同的三个子阵对；对母线l1上分布的阵元进行分割，子阵l11的接收数据为：子阵l12的接收数据为：其中，Φ1为相位差矩阵：Φ1＝diag[exp(‑jw11),…