[发明专利]L型电磁矢量传感器阵列解相干ESPRIT参数估计方法

说明书

L型电磁矢量传感器阵列解相干ESPRIT参数估计方法，阵列接收K个相干窄带平稳远场电磁波信号，接收阵列获取N次同步采样数据；抽取x、y、z三个坐标轴的电偶极子子阵和磁偶极子子阵对应的6个子阵数据，通过子阵数据协方差矩阵处理恢复数据协方差矩阵的秩，得到解相干后的数据协方差矩阵；由解相干后的数据协方差矩阵特征分解得到信号子空间，根据阵列的结构特点，将信号子空间进行分块，利用分块后的信号子空间估计x、v方向旋转不变关系矩阵；并进而得到x和y轴方向的方向余弦，利用配对后的方向余弦得到二维到达角的估计；本发明利用电磁矢量传感器子阵的旋转不变特性解相干，不存在孔径损失的不足，参数配对方法简单有效，参数估计精度高。

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二维到达角估计方法。

背景技术

相干信号源在实际生活中是普遍存在的，通信中的多径干扰问题就是其中之一，由于信号阵列会接收到不同方向上的相干信号，而相干信号会导致信源协方差矩阵的秩亏损，从而使得信号特征向量发散到噪声子空间去。相干信号波达方向估计的重要内容就是在从解决矩阵的秩亏损入手，即用什么办法将信号协方差矩阵的秩恢复到信号源的个数。其方法之一是在进行谱估计之前进行预处理，将协方差的秩恢复到信号源个数，这种处理称为去相干，而后再用传统非相干信号的处理方法进行空间谱估计。去相干预处理大致可分为两大类：一类是降维处理，它是通过牺牲有效阵列孔径来实现信号源的去相干，如平滑技术，前后向预测投影矩阵法，数据矩阵分解法；另一类是不损失阵元数，而利用移动阵列的方法或采用频率平滑法处理相干信号。

以ESPRIT和MUSIC为代表的子空间类方法因为分辨率高而倍受青睐，但一般的ESPRIT方法无法直接应用与相干信号的参数估计中，而基于空间平滑的二维ESPRIT方法通过修正接收数据的协方差矩阵来实现解相干的目的，但空间平滑方法减小了阵列孔径，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。电磁矢量传感器是一种新型阵列，它是由空间上共点且相互垂直的x轴、y轴和z轴方向的电偶极子和x轴、y轴和z轴方向的磁偶极子构成的。电磁矢量传感器阵列与标量传感器阵列相比较，有很多优点，电磁矢量传感器阵列不仅能够获取阵列孔径信息，而且蕴含矢量传感器各分量之间的正交极化信息，因而具有更高的空间分辨力和测向精度，近年来已成为国内外学者研究的热点问题。本发明针对空间平滑解相干方法的不足提出了适用于均匀L型电磁矢量传感器阵列解相干ESPRIT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、y轴和z轴方向的电偶极子子阵和x轴、y轴和z轴方向的磁偶极子子阵，然后通过子阵数据协方差矩阵算术平均解相干，然后利用数据协方差矩阵特征分解，在x轴和y轴方向分别利用ESPRIT方法估计得到x和y轴方向的方向余弦，然后通过配对得到信号到达角的估计。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁矢量传感器阵列解相干二维到达角估计方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：