专利汇可以提供电磁信号的二维波达方向角估计方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种电磁 信号 的二维 波达方向 角 估计方法,主要解决 现有技术 中二维方向角估计运算量大,造成目标侦察和无源 定位 反应速度慢和估计误差大的问题。其实现步骤为:采用天线接收机形成均匀平面阵;计算所有天线接收机回波信号;计算天线接收机回波信号的噪声子空间;令x轴夹角为固定值代入角度求解函数获得y轴夹角的方向向量,多次运算得到多组值;利用多组值生成幅度谱图;通过寻找幅度谱图中的峰值点获得x轴夹角;通过最小二乘法获得y轴夹角。本发明将二维波达方向角估计化简成一维波达方向角估计过程,大幅度降低了运算量,提高了目标侦察和无源定位反应速度,避免了因信息滞后引起的参数估计误差,可用于快速目标侦察和无源定位。,下面是电磁信号的二维波达方向角估计方法专利的具体信息内容。
1.一种电磁信号的二维波达方向角估计方法,包括以下步骤:
1)采用天线接收机形成均匀平面阵,其中x轴方向有N个天线接收机,y轴方向有M个天线接收机,且天线接收机间距均为d,N≥2,M≥2,0
2)将Q个不相关的窄带信号sq(t)以x轴夹角αq和y轴夹角βq入射到天线均匀平面阵上,其中,q=1,2,...,Q,1≤Q
其中, 表示矩阵叉乘运算,N(t)为噪声信号向量,an(αq)和am(βq)分别表示第q个入射的窄带信号的x轴夹角αq和y轴夹角βq相应的方向向量,展开形式表示为: T
an(αq)=(1,exp(j2πd·cosαq/λ),...,exp[j2πd·(N-1)·cosαq/λ])T
am(βq)=(1,exp(j2πd·cosβq/λ),...,exp[j2πd·(M-1)·cosβq/λ])T
其中,j表示虚数单位,(·) 表示矩阵转置运算;
4)根据天线接收机回波信号Yn,m(t),计算噪声子空间Un;
5)构造角度求解函数为:
其中, 为中间变量,min(·)表示求最小值运
H
算,(·) 表示矩阵共轭转置运算,IM表示M×M维的单位矩阵;
6)设x轴夹角αq为(0°,180°]范围内的一个固定值,将x轴夹角αq代入中间变量函数G(αq)得到中间变量矩阵Gq,然后利用下式计算方向向量am(βq): am(βq)=Pmin(Gq),
其中,Pmin(·)表示求解矩阵的最小特征值所对应的特征向量;
7)取x轴夹角αq为(0°,180°]范围内的其它固定值,重复执行步骤6),获得相应的方向向量am(βq);
8)将所取的多个x轴夹角αq和得到的多个方向向量am(βq)代入函数: 中,获得相应的多个函数值Zq,再在平面中
以(0,0)为原点坐标,以多组(αq,Zq)为x,y坐标绘制幅度值点,将各点相连得到幅度谱图;
9)从幅度谱图中按照从高到低的顺序寻找幅值较大的前Q个谱峰,将这些谱峰的峰值点对应的x轴坐标值作为求得的x轴夹角αq值;
10)根据每个求得的x轴夹角αq值,寻找对应的方向向量am(βq)值,再利用最小二乘法求得相应的y轴夹角βq值,完成电磁信号的二维波达方向角估计。
2.根据权利要求1所述的电磁信号的二维波达方向角估计方法,其中,步骤4)所述的计算天线接收机回波信号Yn,m(t)的噪声子空间Un,按如下步骤进行:
H
4a)计算天线接收机信号的协方差矩阵R=E[Yn,m(t)·Yn,m(t)],其中E[·]表示求数学H
期望,(·) 表示矩阵共轭转置运算;
4b)对协方差矩阵R进行如下特征分解:
H
R=U·Λ·U,
其中,Λ为协方差矩阵R的特征值矩阵,U为特征值所对应的特征向量矩阵;
4c)将特征值矩阵Λ中的特征值按从大到小排序,取后(NM-Q)个较小特征值对应的特征向量矩阵作为噪声子空间Un。
3.根据权利要求1所述的电磁信号的二维波达方向角估计方法,其中所述 步骤6)中计算中间变量矩阵Gq的最小特征值所对应的特征向量,求得方向向量am(βq),按如下步骤进行:
6a)对中间变量矩阵Gq进行特征分解:
其中,Λq为中间变量矩阵Gq的特征值矩阵,Uq为中间变量矩阵Gq的特征值所对应的特征向量矩阵,(·)H表示矩阵共轭转置运算;
6b)寻找中间变量矩阵Gq中最小的特征值Λqmin对应的特征向量Uqmin,将该特征向量Uqmin作为求得的方向向量am(βq)。
4.根据权利要求1所述的电磁信号的二维波达方向角估计方法,其中步骤10)所述的根据方向向量am(βq),利用最小二乘法求得y轴夹角βq值,按如下步骤进行:
10a)根据方向向量am(βq),利用下式计算角度向量g:
g=-angle(am(βq))
其中,angle(·)表示对向量中每个元素分别取相角;
10b)令矩阵 计算下式:
[c0,c1]T=(PTP)-1PTg,
其中,c0和c1分别表示所求向量的两个元素,(·)-1表示求逆矩阵运算,(·)T表示矩阵转置运算;
10c)求得y轴夹角βq值:
。
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