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专利号: 2020115799864
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-04-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法,其特征在于:该方法具体包括以下步骤:步骤一、放置稀疏阵列

在直角坐标系中,将L个阵元沿y轴排列,每个阵元由x方向极化和y方向极化的交叉极化天线构成,阵元间间距为d的整数倍,将各阵元在y轴上的位置按从小到大的顺序排列,构T成列向量γ=[μ1,μ2,…,μL]d=μd;

步骤二、构建部分极化信号阵列接收模型并采样当K个远场窄带不相关信号沿y‑z平面入射,定义以逆时针方向从y轴正半轴到各信号T入射方向的夹角为各信号波达方向θ=[θ1,θ2,…,θK] ,第l个阵元在t时刻的接收信号为:其中,T表示采样的快拍数,Ck=diag([‑1,sinθk])为第k个信号的交叉极化响应矩阵,diag(·)表示以向量元素作为对角线元素构成对角矩阵;al(θk)=exp[j(2πμldcosθk)/λ]T表示第k个信号在第l个阵元处的响应, sk(t)=[sk,H(t),sk,V(t)]是由水平和垂直T极化分量组成的第k个部分极化信号,nl(t)=[nl,1(t),nl,2(t)]表示第l个阵元上的2路零T均值高斯白噪声,(·) 表示转置操作;

部分极化信号sk(t)的协方差矩阵 为:H

其中,I2表示2阶单位矩阵,(·) 表示取共轭转置,(·)*表示取共轭,E(·)表示求期望;rk,HH、rk,VV分别表示第k个信号两个极化分量的功率,rk,HV表示第k个信号两个极化分量的相关系数; 其中,αk为极化指向角,‑π/

2<αk≤π/2,βk为极化椭圆率角,‑π/4≤βk≤π/4; 和 分别代表第k个信号的随机极化功率和完全极化功率,该信号的极化度表示为阵列在t时刻接收到的信号 用矩阵向量形式表示为:z(t)=As(t)+η(t),t=1,2,...,T其中, 为

T

阵列流型矩阵,a(θk)=[a1(θk),...,aL(θk)] =[exp[j(2πμldcosθk)λ],...,exp[j(2πμTLdcosθk)λ]] 为第k个信号的导向矢量, 表示t时刻的信号矢量,其中 表示Kronecker积;

步骤三、提取均匀虚拟子阵列的输出

将步骤二采样得到的各阵元交叉极化天线的2路输出分别定义为x方向输出和y方向输出,分离后得到x方向输出向量 和y方向输出向量其中,IL表示L阶单位矩阵;

x方向输出和y方向输出的协方差矩阵分别估计为:将x方向输出和y方向输出的协方差矩阵相加并向量化得到虚拟阵列的输出:其中,vec(·)表示将矩阵按列向量化;

令 1M表示所有元素都为1的M行列向量,将μv中的元素从小到大排列并删除重复元素,得到一个每个元素只出现一次的整数序列,找出该整数序列中包含0的最长的连续整数段,构成列向量μc,μc的长度L′为为奇数;计算转换矩阵 使其满足:其中,Tp,q表示T的第p行第q列,[·]p表示取向量的第p个元素;δp,q为Kronecker Delta函数,只有当p=q时,δp,q=1,否则δp,q=0;

使用转换矩阵提取虚拟阵列中均匀子阵列的输出:步骤四、平滑虚拟阵列中均匀子阵列输出

对步骤三提取得到的虚拟阵列中均匀子阵列的输出 进行空间平滑,设置每个平滑段的长度为M,第m个平滑段的数据为 得到L′‑M+1个平滑段,计算平滑后的协方差矩阵:

步骤五、估计波达方向

基于步骤四平滑后的协方差矩阵Ry,利用子空间类方法估计波达方向步骤六、估计信号极化参数

s6.1、重构部分极化信号sk(t)的协方差矩阵其中

再根据最小二乘重构各部分极化信号的协方差矩阵:其中, 为求伪逆;

s6.2、对重构后的部分极化信号的协方差矩阵进行特征分解,得到特征值分别为dk,1和dk,2,且dk,1>dk,2,对应的特征向量分别为gk,1,gk,2,估计的信号极化度为:H

s6.3、求解方程[Q(αk)W(βk)]gk,2=0,得到信号的极化指向角αk和极化椭圆率角βk的估计值。

2.如权利要求1所述一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法,其特征在于:步骤一中,将稀疏阵列的结构设置为最小冗余线阵、嵌套阵、互质阵或扩展互质阵。

3.如权利要求1所述一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法,其特征在于:步骤一中d=λ/2。

4.如权利要求1所述一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法,其特征在于:步骤四中设置每个平滑段的长度M=(L′+1)/2。

5.如权利要求1所述一种部分极化信号的角度与极化参数欠定联合估计方法,其特征在于:还包括使用以下方法重构部分极化信号sk(t)的协方差矩阵分别计算

其中 (./)表示按元素相除;

协方差矩阵重构公式为: