[发明专利]电磁矢量传感器线阵解相干MUSIC参数估计方法

说明书

电磁矢量传感器线阵解相干MUSIC参数估计方法，M个任意分布在y轴的电磁矢量传感器线阵接收K个相干窄带、平稳远场电磁信号，阵列获取N次同步采样数据，根据子阵旋转不变特性得到变换前数据协方差矩阵、变换后的数据协方差矩阵和变换前后数据互协方差矩阵，由变换前、变换后和变换前后的数据协方差矩阵得到解相干后的数据协方差矩阵，对解相干后的数据协方差矩阵进行奇异值分解得到信号子空间和噪声子空间，利用噪声子空间构造MUSIC空间谱，通过角度域的一维MUSIC谱峰搜索得到到达角的估计值，本发明方法联合利用空间旋转解相干和前后项平滑的思想，在不损失阵列孔径的前提下大大提高了参数估计的精度，且对于均匀和非均匀线阵均成立。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种电磁矢量传感器阵列的相干源到达角估计方法。

背景技术

在实际中由于信号传输过程的多径现象和回波信号以及人为干扰，使得相关信号源非常普遍，所以基于相关源的检测和估计是信号处理的重要研究课题。当入射信号相互独立时子空间类方法有很好的参数估计性能，但是如果入射的信号是相干信号，以MUSIC为代表的子空间类方法将失效。当入射信号是相干信号时，信号子空间的维数将小于信号源个数，信号子空间扩散到了噪声子空间，从而导致信号子空间和噪声子空间不完全垂直，从而导致子空间类方法失效，无法进行到达角估计。

为了解决相干信号的上述难题，国内外学者做了大量的研究工作，提出了一系列的解相干方法，这些方法的关键是如何恢复数据协方差矩阵的秩。目前解相干的方法大致可以分为两类，一类是降维的方法，一类是非降维的方法，其中降维方法主要有空间平滑法和矩阵重构法，非降维方法有聚焦方法和虚拟变换方法。这些方法虽然解决了信号的相干问题，但仍存在一些不足，以聚焦处理为代表的非降维方法的计算复杂度大大增加。以空间平滑为代表的降维方法减小了阵列孔径，增大了阵列的波束宽度，降低了阵列的分辨能力。且空间平滑一般只适用于均匀线阵，严重限制了方法的应用范围。

理想电磁矢量传感器由空间共点且相互正交的x轴、y轴和z轴方向电偶极子和x轴、y轴和z轴方向磁偶极子构成的电磁矢量传感器，所有传感器的对应通道相互平行：所有的x轴电偶极子相互平行，所有的y轴电偶极子相互平行，所有的z轴方向电偶极子相互平行，所有的x轴方向磁偶极子相互平行，所有的y轴方向磁偶极子相互平行，以及所有的z轴方向磁偶极子相互平行；本发明针对现有方法的不足提出了适用于均匀和非均匀阵列的电磁矢量传感器阵列解相干MUSIC方法，利用了电磁矢量传感器阵列自身的矢量结构特性，将电磁矢量传感器阵列分成x轴的电场子阵、y轴的电场子阵和z轴的电场子阵、x轴的磁场子阵、y轴的磁场子阵和z轴的磁场子阵六个子阵，利用子阵的旋转不变特性解相干，这种解相干方法称为空间旋转解相干方法。为了进一步提高参数的估计精度，本发明方法联合利用了旋转解相干和前后项平滑的思想提出了一种改进的空间旋转解相干方法，该发明方法在不损失阵列孔径的前提下大大提高了参数估计的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁矢量传感器线阵解相干MUSIC参数估计方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

电磁矢量传感器线阵解相干MUSIC参数估计方法，K个相干窄带、平稳远场电磁信号从不同的方向θ_k入射到接收阵列上，θ_k∈[0，π/2]是第k个信号的到达角，所述阵列由M个在y轴上任意分布电磁矢量传感器阵元构成，所述阵元是空间共点的x轴、y轴和z轴方向电偶极子和x轴、y轴和z轴方向磁偶极子构成的电磁矢量传感器，所有传感器的对应通道相互平行：所有的x轴电偶极子相互平行，所有的y轴电偶极子相互平行，所有的z轴方向电偶极子相互平行，所有的x轴方向磁偶极子相互平行，所有的y轴方向磁偶极子相互平行，以及所有的z轴方向磁偶极子相互平行；相邻阵元间距小于等于λ_min/2随机分布，λ_min为入射声波信号的最小波长；

解相干MUSIC参数估计方法步骤如下：