[发明专利]一种基于三平行线阵的单快拍二维DOA估计方法

说明书

本发明属于电子对抗技术领域，具体涉及一种基于三平行线阵的单快拍二维DOA估计方法。本发明采用的技术方案是：将三平行线阵接收的单快拍数据与参考阵元数据相乘来构造三个满秩的伪矩阵，基于所构造的三个伪矩阵之间存在的旋转不变性，利用二维ESPRIT方法求解得到两个旋转矩阵，通过对旋转矩阵的特征分解实现二维角度参数配对并求解入射信号的方位角和仰角，完成二维DOA估计。本发明的有益效果为，本发明可以利用单个快拍的阵列接收数据对信号的DOA进行二维估计，算法拥有较低的自由度损失，在一定信噪比和阵列接收条件下拥有较好的分辨能力和统计性能。

技术领域

本发明属于电子对抗技术领域，具体涉及一种基于三平行线阵的单快拍二维DOA估计方法。

背景技术

在电子对抗中，阵列能够截获到用于DOA估计的有效信息往往是不足的，极限情况下只有一个快拍。例如，随着跳频通信和短时通信技术在军事通信中的广泛使用，具有反侦察属性的跳频(F-H)信号、突发(Burst)信号由于跳变方式未知或持续时间短，阵列只能截获到极少个快拍。此外，机载、舰载等高机动平台对测向系统的实时性要求很高，无法通过长时间采样来积累快拍数据，只能利用单个快拍的数据。随着空间电磁对抗形势日趋激烈，这类极限单快拍下的DOA估计问题越来越普遍。

MUSIC、ESPRIT等传统的DOA估计方法均基于多快拍信号假设，在单快拍下由于数据不足以支撑对子空间进行准确划分，估计性能极差甚至失效。而目前大部分基于空间平滑或者构造伪协方差矩阵的单快拍DOA估计方法都无可避免地存在较大的阵列孔径和自由度损失，一些文献提出了基于严格非圆信号特征的伪协方差矩阵构造方法，该方法虽无自由度损失，但是要求所有信号具有零初始相位，这个约束条件在实践中是几乎无法实现的。此外，单快拍下由于需要对阵列数据进行复杂的数学重构，大多数单快拍DOA估计研究基于一维线性阵列，只能实现一维DOA估计，在较为复杂的二维平面阵上实现单快拍二维DOA估计仍然是一个比较大的挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于三平行线阵的单快拍二维DOA估计方法。

本发明采用的技术方案是：将三平行线阵接收的单快拍数据与参考阵元数据相乘来构造三个满秩的伪矩阵，基于所构造的三个伪矩阵之间存在的旋转不变性，利用二维ESPRIT方法求解得到两个旋转矩阵，通过对旋转矩阵的特征分解实现二维角度参数配对并求解入射信号的方位角和仰角，完成二维DOA估计。

本发明基于的三平行线阵信号接收模型示意图见图1，三平行线阵由三条平行的线阵组成，位于中间的线阵阵元数为M+1，其余两线阵的阵元数为M。信号的波达方向(DOA)用矢量表示：其中θ为方位角，范围为θ∈(-π,π)，定义为波达方向在xoy平面的投影与x正半轴的夹角，为仰角，范围为定义为波达方向在yoz平面的投影与z正半轴的夹角。

为了简化分析过程和保证所构建的数学模型的合理性，本发明中的阵列信号接收模型基于如下假设：(1)不考虑接收天线阵列的阵元通道辐相误差；(2)阵列接收信号均为远场点源发出的窄带信号，信号的中心频率相同且已知，信号波长λ大于阵元间距d的两倍，即λ≥2d；(3)接收信号的相位是随机的，不考虑严格非圆信号等已知信号部分先验信息下的特殊情况。

三平行线阵接收到N个波达方向不同的单快拍信号为S＝[s₁,s₂,…,s_N]^T，各信号的方位角为θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_N]，仰角为三平行线阵接收的单快拍数据矩阵为

其中

X＝[x₀,x₁,…,x_M-1]^T

Y＝[y₀,y₁,…,y_M]^T