[发明专利]一种时间调制阵列非圆信号测向方法

权利要求书

1.一种时间调制阵列非圆信号测向方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立非圆信号下的时间调制阵列接收信号模型；

步骤2：针对时间调制引起的非均匀噪声问题，通过对时间调制序列的理论分析，对噪声进行预白化处理；

步骤3：将信号协方差矩阵与信号共轭协方差矩阵在双四元数的多维域进行数据组合，利用信号子空间的正交性构造测向适应度函数；

步骤4：对测向适应度函数进行数值分析，实现信号来向参数与非圆相位参数的解耦，在分析得到的测向适应度函数的理论下界指导下，构造得到利用时间调制阵列的基于双四元数的非圆信号DOA估计器。

2.根据权利要求1所述的一种时间调制阵列非圆信号测向方法，其特征在于其特征在于：步骤1所述的非圆信号下的时间调制阵列接收信号模型建立过程如下：

假设具有相同载频f₀的远场不相关窄带非圆信号入射到基于时间调制阵列的测向系统中；由于高速射频开关的影响，通过单刀多掷开关的信号可写为

其中s_k(t)表示从θ_k方向入射的第k个信号，β和d分别代表波数和阵元间距，n_m(t)是方差为σ²的零均值圆高斯白噪声，U_m(t)是第m个阵元上的时间调制函数，可以表示为

由于U_m(t)是时间周期的并且满足Dirichlet条件，因此可以将其分解为傅里叶级数，由其中α_m,q代表傅里叶系数，表示为

其中sinc(x)＝sin(πx)/(πx)；

因此，每个入射信号都会产生无限边带信号，其中心频率在时间调制后位于f₀±qf_p，q＝1,2,...,+∞，由于实际不可能利用无限边带，只能使用载波频率和±Q边带，给定复数傅里叶系数和调制信号的表达式，第q阶(q＝-Q,…,0,…,+Q)边带信号可以表示为

时间调制频率f_p应满足f_p≥2B的约束以避免频率混叠，其中B指的是信号带宽，然后通过数字带通滤波器可以方便地分离不同的边带信号；通过单通道接收器后，所有边带信号都经过下变频并由ADC相对于时间t进行采样，可以写为

为方便起见，上面的表达式可以重写为矩阵格式，由下式给出

Y＝B^T[AS+N]

其中(·)^T表示转置运算符，A＝[a(θ₁),a(θ₂),...,a(θ_K)]是阵列流形矩阵，其中表示来自不同方向的入射信号的导向向量；Y＝[y_-Q,y_-Q+1,…,y_Q]^T是每个边带组成的接收信号矩阵信号，S＝[s₁,s₂,...,s_K]^T表示来自不同来源的入射信号，N＝[n₁,n₂,...,n_M]^T是噪声协方差矩阵；由傅里叶系数α_m,q组成，称为时间调制矩阵；

由于假设入射信号是任意非圆信号，从而有

其中E{·}是期望运算符，R_S和分别表示信源协方差和信源共轭协方差矩阵；其中ρ＝diag{ρ₁,ρ₂,…,ρ_K},0≤ρ_k≤1，diag{·}表示对角矩阵；ρ_k是非循环信号的第k次非圆率，是通信信道引起的第k个非圆相位；由于上述非圆特性，本测向系统的接收信号协方差矩阵和共轭协方差矩阵分别给定如下

R_Y＝E{YY^H}＝B^TAR_S(B^TA)^H+σ²B^T(B^T)^H