[发明专利]基于开关的部分极化信号多极化阵列测向方法

权利要求书

1.基于开关的部分极化信号多极化阵列测向方法，其特征在于，该方法具体如下：

步骤(1)布置多极化阵列，所述多极化阵列为双极化阵列或三极化阵列：在xyz三维直角坐标系中，沿x轴布置由M个相同天线构成的均匀线阵，每个天线即为一个阵元，d表示相邻阵元的间距，取d＝λ/2，λ为信号波长；

双极化阵列中的每个天线包含两个正交极化单元，分别为x方向极化单元和y方向极化单元，每个极化单元有单独的输出，即每个阵元有两个输出端口；

三极化阵列中的每个天线包含三个正交极化单元，分别为x方向极化单元、y方向极化单元和z方向极化单元，每个极化单元有单独的输出，即每个阵元有三个输出端口；

步骤(2)基于开关的部分极化信号接收采样，得到多极化阵列各方向极化单元的输出向量：均匀线阵中的每个天线只配备一个射频链路用于信号的接收采样；每个天线的不同极化单元通过开关，以时分复用的方式连接至射频链路进行信号的接收采样；双极化阵列中的开关为单刀双掷开关，三极化阵列中的开关为单刀三掷开关；不同天线的开关切换时序同步，即不同天线的开关在同一时刻连接至各自天线的相同方向极化单元；

步骤(3)获得多极化阵列各个极化方向输出对应的协方差矩阵：

所有天线的x方向、y方向、z方向极化单元的输出对应的协方差矩阵分别为：

R_x＝E{x[n]x^H[n]}＝A(θ)R_sxA^H(θ)+σ²I_M；

R_y＝E{y[n]y^H[n]}＝A(θ)R_syA^H(θ)+σ²I_M；

R_z＝E{z[n]z^H[n]}＝A(θ)R_szA^H(θ)+σ²I_M；

其中，(·)^H表示共轭转置，R_sx、R_sy和R_sz分别表示信号向量s_x[n]、s_y[n]和s_z[n]的协方差矩阵，I_M表示M阶单位矩阵；接收采样N个快拍后，R_x近似求解R_y近似求解R_z近似求解如果采用双极化阵列，得到和如果采用三极化阵列，得到和

步骤(4)对各个极化方向的协方差矩阵求和：

如果采用双极化阵列，求和后的协方差矩阵中间参数R_sdual＝R_sx+R_sy；

如果采用三极化阵列，求和后的协方差矩阵中间参数R_stri＝R_sx+R_sy+R_sz；

步骤(5)基于求和后的协方差矩阵进行测向：

首先，对求和后的协方差矩阵R进行特征分解，提取由K个最大特征值对应的特征向量构成信号子空间U_s；

然后，计算辅助矩阵其中为U_s删去第一行后得到的矩阵，U_s为U_s删去最后一行后得到的矩阵，(·)⁺表示求矩阵的伪逆；

最后，对辅助矩阵Ψ进行特征分解，得到K个特征值ρ_k，k＝1,2,…,K，则信号的方向估计角度为：其中，Arg(·)表示求复数的辐角主值。

2.如权利要求1所述的基于开关的部分极化信号多极化阵列测向方法，其特征在于：步骤(2)中，在xyz三维直角坐标系中，K个来自θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_K]方向的窄带不相关信号，沿x-z平面入射到多极化阵列上，θ_k为第k个信号从x轴正方向逆时针转到信号方向跨过的角度，θ_k∈[0,π]，k＝1,2,…,K；

多极化阵列在第n个快拍时，n＝1,2,…,N，所有天线的x方向极化单元的输出向量a(θ_k)表示第k个信号的阵列导向矢量，表示复数域；表示第k个信号在第n个快拍时的垂直极化分量；A(θ)为阵列流形，A(θ)＝[a(θ₁),a(θ₂),…,a(θ_K)]，s_x[n]表示第n个快拍时x轴信号向量，ε_x[n]是噪声方差为σ²的零均值高斯白噪声构成的向量；

a(θ_k)的第m个元素a_m(θ_k)＝exp(j(m-1)u_k)，其中中间参数u_k＝2πdcos(θ_k)/λ；

同理，y方向极化单元的输出向量为第k个信号在第n个快拍时的水平极化分量，s_y[n]表示第n个快拍时y轴信号向量，ε_y[n]为与ε_x[n]独立同分布的y轴噪声向量；

z方向极化单元的输出向量s_z[n]表示第n个快拍时z轴信号向量，ε_z[n]为与ε_x[n]独立同分布的z轴噪声向量；

如果采用双极化阵列，接收到x[n]和y[n]；如果采用三极化阵列，接收到x[n]、y[n]和z[n]；

第k个信号的极化相干矩阵其中，(·)^*表示共轭，E{·}表示求统计期望；不同于完全极化信号，部分极化信号对应的C_k为满秩矩阵。