[发明专利]电磁矢量传感器线阵解相干MUSIC参数估计方法

摘要

电磁矢量传感器线阵解相干MUSIC参数估计方法，M个任意分布在y轴的电磁矢量传感器线阵接收K个相干窄带、平稳远场电磁信号，阵列获取N次同步采样数据，根据子阵旋转不变特性得到变换前数据协方差矩阵、变换后的数据协方差矩阵和变换前后数据互协方差矩阵，由变换前、变换后和变换前后的数据协方差矩阵得到解相干后的数据协方差矩阵，对解相干后的数据协方差矩阵进行奇异值分解得到信号子空间和噪声子空间，利用噪声子空间构造MUSIC空间谱，通过角度域的一维MUSIC谱峰搜索得到到达角的估计值，本发明方法联合利用空间旋转解相干和前后项平滑的思想，在不损失阵列孔径的前提下大大提高了参数估计的精度，且对于均匀和非均匀线阵均成立。

主权项

1.电磁矢量传感器线阵解相干MUSIC参数估计方法，其特征在于：线阵由M个在y轴上任意分布电磁矢量传感器阵元构成，阵元是空间共点的x轴、y轴和z轴方向电偶极子和x轴、y轴和z轴方向磁偶极子构成的电磁矢量传感器，所有传感器的对应通道相互平行：所有的x轴电偶极子相互平行，所有的y轴电偶极子相互平行，所有的z轴方向电偶极子相互平行，所有的x轴方向磁偶极子相互平行，所有的y轴方向磁偶极子相互平行，以及所有的z轴方向磁偶极子相互平行；相邻阵元间距小于等于λ_mim/2随机分布，λ_min为入射声波信号的最小波长；解相干MUSIC参数估计方法的步骤如下：阵列接收K个相干窄带、平稳远场电磁信号，步骤一、M个电磁矢量传感器的阵元沿y轴构成非均匀线阵接收阵列，接收阵列输出N次同步采样数据Z；步骤二、根据旋转不变特性选取空间子阵数据、子阵数据协方差矩阵算术平均得到变换前的满秩数据协方差矩阵R_Z；根据阵列数据Z的排布规律将数据分成x轴、y轴和z轴方向电场Z_ex、Z_ey、Z_ez和x轴、y轴和z轴方向的磁场子阵数据Z_hx、Z_hy、Z_hz，计算6个子阵数据的协方差矩阵和和分别是x轴、y轴和z轴方向的电场数据协方差矩阵，和分别是x轴、y轴和z轴方向磁场数据协方差矩阵，其中，通过6个子阵数据协方差矩阵的算术平均得到变换前的满秩数据协方差矩阵R_Z；步骤三、对子阵数据进行变换，求变换后的满秩数据协方差矩阵R_Y和变换前后的满秩数据协方差矩阵R_ZY，由变换前的满秩数据协方差矩阵R_Z、变换后的满秩数据协方差矩阵R_Y和变换前后的满秩数据协方差矩阵R_ZY得到解相干后数据协方差矩阵R，从而恢复数据协方差矩阵的秩；对子阵数据Z_ex、Z_ey、Z_ez进行变换其中，J_M是M×M的反对角变换矩阵，J_i，M‑i+1＝1(i＝1，…，M)是J_M的第i行第M‑i+1列的元素，J_M的其它元素全部为零，表示对子阵数据Z_ex、Z_ey、Z_ez取共轭后的数据，对子阵数据Z_hx、Z_hy、Z_hz进行变换表示对子阵数据Z_hx、Z_hy、Z_hz取共轭后的数据；求变换后子阵数据Y_ex、Y_ey、Y_ez，Y_hx、Y_hy、Y_hz的数据协方差矩阵其中，求变换前后数据的互协方差矩阵：Q_ex、Q_ey、Q_ez，Q_hx、Q_hy、Q_hz，其中，变换后协方差矩阵的算术平均得到变换后的满秩数据协方差矩阵R_Y，变换前后数据协方差矩阵求算术平均得到变换前后的满秩数据协方差矩阵R_ZY，R_ZY＝(Q_ex+Q_ey+Q_ez+Q_hx+Q_hy+Q_hz)/6，构造解相干数据协方差矩阵R＝[R_ZY R_Z R_Y]；步骤四、由解相干后数据协方差矩阵R进行奇异值分解得到信号子空间U_s和噪声空间U_n，利用噪声子空间U_n构造MUSIC空间谱通过角度域的一维MUSIC谱峰搜索得到到达角的估计值：其中A(θ)是搜索阵列导向矢量，θ∈[0，π/2]是搜索角度。