[发明专利]基于开关的部分极化信号多极化阵列测向方法

说明书

本发明公开了基于开关的部分极化信号多极化阵列测向方法，具体用于减少接收机中的射频链路数以及提高测向精度。本发明方法首先布置多极化阵列，然后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，获得多极化阵列各个极化方向输出对应的协方差矩阵，对各个极化方向的协方差矩阵求和，最后基于求和后的协方差矩阵进行测向。本发明方法减少了射频链路的数量，从而降低了成本和功耗，相对传统测向方法具有更高的精度。本发明方法既可应用于双极化阵列，也可应用于三极化阵列。相比于双极化阵列，三极化阵列可提供更高的测向精度。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及对部分极化信号的测向方法，具体是一种基于开关的部分极化信号多极化阵列测向方法。

背景技术

测向技术利用天线阵列估计电磁信号的来波方向，在雷达、通信等军用和民用技术领域有重要的应用。一般情况下阵列是由单极化天线组成，但是当信号极化与天线极化不同时会发生极化失配，导致信噪比的损失。因此，为了提高信噪比，需采用多极化天线阵列。目前，多极化阵列测向方法大多假设信号属于完全极化，即信号极化状态固定。但在许多应用场合，比如雷达和电离层通信，信号的极化状态随时间变化，对应的信号属于部分极化。针对完全极化信号的测向方法无法应用于部分极化信号。另外，完全极化信号可视为部分极化信号的一种特例，研究部分极化信号的测向方法更具普遍意义。

针对部分极化信号，已有的报道方法主要采用双极化阵列对信号进行接收和测向。文献1：Shu T,Wang K,He J,et al.Subspace-Based Method for Direction Findingof Multiple Partially Polarized Signals[J].Chinese Journal of Electronics,2018,27(1):206-212提出构建一组相关序列来建立一个秩损的协方差矩阵。然后通过空间平滑技术恢复矩阵的秩，再利用MUSIC算法进行测向。文献2：Pan Y,Gao X and XuX.Underdetermined Estimation of Multiple Parameters for Partially PolarizedSignals with Dual-polarized Coprime Array[J].IEEE Communications Letters,2021提出将不同天线极化对应的协方差矩阵求和并向量化，然后对向量化后的数据应用零化滤波方法进行测向。但以上方法存在以下问题：第一，它们都基于对阵列协方差矩阵的精确建模。而当快拍数有限时阵列协方差矩阵只能近似求解，这种情况将会降低测向的性能；第二，他们采用的都是双极化阵列，当信号极化平面和天线极化平面不平行时(对应信号大斜入射情形)，双极化阵列仍然存在极化失配问题。

三极化阵列可解决双极化阵列的极化失配问题。但随着天线极化单元的增多，传统的多极化阵列接收架构(即每个天线极化单元配备专用的射频链路)的射频链路数也需同比例增加，这将带来成本和功耗的增加。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于开关的部分极化信号多极化阵列测向方法。

本发明方法通过以下技术方案实现：

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，各个阵元的位置构成向量[0,1,…,M-1]^Td，d表示相邻阵元的间距，取d＝λ/2，λ为信号波长，[·]^T表示转置操作；

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。