1.基于三极化嵌套阵列的部分极化信号参数估计方法,其特征在于,该方法具体是:步骤(1)根据优化法则布置三极化嵌套阵列,总阵元个数L=L1+L2,L1和L2分别为嵌套阵两个子阵列的阵元个数;具体是:在三维直角坐标中,沿y轴布置嵌套阵列,满足优化法则L1<(L2+1)/(L2‑2);各个阵元T的位置构成向量μd=[1,2,...,L1,L1+1,2(L1+1),...,L2(L1+1)]d,d表示相邻阵元的最小间距,取d=λ/2,λ为信号波长;每个阵元包含三个极化方向,分别为x方向极化、y方向极化和z方向极化,每个极化方向有单独的输出,即每个阵元有三个输出端口;
步骤(2)构建三极化阵列的部分极化信号接收模型:K个来自θ=[θ1,θ2,...,θK]方向的窄带不相关信号沿y‑z平面入射到三极化嵌套阵列上,θk∈[0,π]为以逆时针方向从y轴正半轴旋转到各个入射信号方向的夹角,k=1,2,...,K;
阵列在第n个快拍时所有三极化阵元的接收数据用向量形式表示为:T
N表示采样的快拍数,(·)
表示转置操作,表示复数域,ηl[n]为第l个阵元在第n个快拍时接收的数据,l=1,2,...,L;极化阵列流型 表示Kronecker积,第T
k个信号的导向矢量a(θk)=[a1(θk),a2(θk),...,aL(θk)],al(θk)表示第k个信号在第l个阵元处的响应,极化响应矩阵 第n个快拍的信号矢量sk[n]表示第k个信号在第n个快拍时水平和垂直极化分量构成的向量;第n个快拍的噪声矢量 υl[n]表示第l个阵元在第n个快拍时的噪声向量;
旋转矩阵 极化向量 其中,αk为极化指向角,βk为极化椭圆率角,满足‑π/2<αk≤π/2,‑π/4≤βk≤π/4,步骤(3)利用子协方差矩阵相加构造虚拟协阵输出;
步骤(4)利用Toeplitz方法恢复矩阵的秩;
步骤(5)估计信号波达方向:通过子空间类方法估计信号的波达方向,得到其估计值步骤(6)估计噪声方差:对η[n]的协方差矩阵 进行特征值分解,并H
对其最小的2L‑K个特征值取平均得到噪声方差的估计值 (·) 表示取共轭转置;
步骤(7)估计信号极化参数:
结合已估计出的 和 重构出各个信号的协方差矩阵 即恢复出中的各个参数rk,HH、rk,VV和rk,HV,rk,HH、rk,VV分别表示第k个信号水平和垂直极化分量的功率,rk,HV表示第k个信号的水平和垂直极化分量的相关系数;恢复的rk,HH构成向量rHH,恢复的rk,VV构成向量rVV,恢复的rk,HV构成向量rHV,则重构部分极化信号的协方差矩阵 表示为:对第k个重构的协方差矩阵 进行特征分解,设特征值分别为uk,1和uk,2,且uk,1>uk,2,uk,2对应的特征向量ξk,2,信号的极化度估计为:H
解方程[G(αk)W(βk)]ξk,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所述基于三极化嵌套阵列的部分极化信号参数估计方法,其特征在于,步骤(2)中, ηl,x[n]、ηl,y[n]和ηl,z[n]对应于第l个阵元在x、y和z方向极化的输出;
al(θk)=exp[j(2πμld cosθk)/λ],μl表示向量μ的第l个元素;
T
sk[n]=[sk,H[n],sk,V[n]],包含第k个信号的水平和垂直极化分量;
T
υl[n]=[υl,x[n],υl,y[n],υl,z[n]],包含第l个阵元在x、y和z方向极化的输出包含的噪2
声,满足 其中σ表示噪声方差,I3表示3阶单位矩阵, 表示均2
值为μ、方差为σ的复高斯分布;
第k个信号sk[n]由其协方差矩阵 描述:其中,
和 分别表示第k个信号的随机极化成分的功率和完全极化成分的功率,该信号的极化度表示为 E{·}表示求期望。
3.如权利要求2所述基于三极化嵌套阵列的部分极化信号参数估计方法,其特征在于,步骤(3)具体是:将各个三极化阵元的x、y和z方向极化输出分别抽取出来,并按顺序构成x方向极化输出向量x[n]、y方向极化输出向量y[n]及z方向极化输出向量z[n],表示为: 其中,η1:3:3L‑2[n]表示由η[n]的第1,4,7,…,3L‑2个元素构成的向量,η2:3:3L‑1[n]表示由η[n]的第2,5,8,…,3L‑1个元素构成的向量,η3:3:3L[n]表示由η[n]的第3,6,9,…,3L个元素构成的向量;
x[n]、y[n]和z[n]的协方差矩阵表示为:将三个不同极化方向的协方差矩阵相加,得到新的协方差矩阵IL表示L阶单位
矩阵;
定义辅助向量 vec(·)表示将矩阵按列向量化;将μv中的元素从小到大排列并去除重复的元素以保证每个元素只出现一次,得到一个连续整数序列,构成长度为L′=2L2(L1+1)‑1的列向量μc;计算转换矩阵 满足T的第i行第j列的元素其中, 表示实数域,[·]i表示取向量的第i个元素;δi,j为Kronecker Delta函数,只有当i=j时,δi,j=1,否则δi,j=0;虚拟协阵的输出为:
4.如权利要求3所述基于三极化嵌套阵列的部分极化信号参数估计方法,其特征在于,步骤(4)具体是:Toeplitz矩阵表示为 RT的信号子空间与V=[v(θ1),v(θ2),...,v(θK)]的列空间相同,其中v(θk)的第l个元素表示为vl(θk)=exp(j2π(l‑
1)dcos(θk)/λ),l=1,2,...,L2(L1+1),k=1,2,...,K,当L2(L1+1)>K时,满足rank(RT)>K,rank(·)表示矩阵的秩。
5.如权利要求4所述基于三极化嵌套阵列的部分极化信号参数估计方法,其特征在于,步骤(7)中所述恢复出 中的各个参数rk,HH、rk,VV和rk,HV具体是:恢复参数rk,HH:
首先计算矩阵 然后利用公式
T
得到参数rHH=[r1,HH,r2,HH,...,rK,HH];其中,(·)*表示取共轭,为求伪逆;
恢复参数rk,VV:
首先计算矩阵 其中
表示矩阵 的第k列;然后求 其中, 则T
rVV=[r1,VV,r2,VV,...,rK,VV];
恢复参数rk,HV:
T
通过计算 其中,rHV=[r1,HV,r2,HV,...,rK,HV],且有
diag(·)表示以向量元素作为对角线元素构成对角矩阵。