電磁信號的二維波達方向角估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電磁信號的二維波達方向角估計方法，主要解決現有技術中二維方向角估計運算量大，造成目標偵察和無源定位反應速度慢和估計誤差大的問題。其實現步驟為：采用天線接收機形成均勻平面陣；計算所有天線接收機回波信號；計算天線接收機回波信號的噪聲子空間；令x軸夾角為固定值代入角度求解函數獲得y軸夾角的方向向量，多次運算得到多組值；利用多組值生成幅度譜圖；通過尋找幅度譜圖中的峰值點獲得x軸夾角；通過最小二乘法獲得y軸夾角。本發(fā)明將二維波達方向角估計化簡成一維波達方向角估計過程，大幅度降低了運算量，提高了目標偵察和無源定位反應速度，避免了因信息滯后引起的參數估計誤差，可用于快速目標偵察和無源定位。
【專利說明】電磁信號的二維波達方向角估計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電磁信號處理【技術領域】，特別涉及一種二維波達方向角估計方法，可用于目標偵察與無源定位。
【背景技術】[0002]波達方向角DOA估計是利用處于空間不同位置的天線信號陣列接收多個不同方向的信號源發(fā)出的電磁信號，運用現代信號處理方法快速準確的估計出信號源的方向，在雷達、聲納、無線通信等領域具有重要應用價值。二維波達方向角估計一般采用面陣或矢量傳感器實現二維參數的估計，多數有效的二維波達方向角估計算法屬于一維波達方向角估計算法的直接擴展，并沒有充分利用陣列接收信號中攜帶的多維信息，往往存在運算量過大或存在角度配對等缺點。
[0003]傳統(tǒng)的二維波達方向角估計方法包括兩種:一種是利用二維角度搜索同時獲得二維角度；另一種是分別求取其中一維角度值，再進行角度配對。第一種方法需要使用二維搜索，其運算量是一維搜索的平方倍，因此運算量巨大；第二種方法在分別完成一維角度估計后還需要使用角度配對算法，該過程仍需要花費一定運算量，因此這兩種方法均具有較大運算量。實際應用中，目標偵察與無源定位均需要在角度估計的基礎上進行，如果角度估計運算量大將造成目標偵察和無源定位反應速度慢，甚至造成由于信息滯后引起的參數估計誤差較大。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種電磁信號的二維波達方向角估計方法，以大幅度減小估計的運算量，提高目標偵察和無源定位反應速度，避免因信息滯后引起的參數估計誤差。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明的實現步驟包括如下:
[0006]I)采用天線接收機形成均勻平面陣，其中X軸方向有N個天線接收機，y軸方向有M個天線接收機，且天線接收機間距均為d，N≥2，M≥2，0〈d < λ /2，λ為入射窄帶信號波長;
[0007]2)將Q個不相關的窄帶信號Sq (t)以X軸夾角aq和y軸夾角β,入射到天線均勻平面陣上，其中，q=l，2，...，Q，I≤Q〈匪，a q表示待求的第q個窄帶信號的入射方向與X軸的夾角，β,表示待求的第q個窄帶信號的入射方向與y軸的夾角，且a q e (0° ,180° ]，β, e (0°，180。]；
[0008]3)計算天線均勻平面陣上各天線接收機的回波信號Yn，m(t)；
【權利要求】
1.一種電磁信號的二維波達方向角估計方法，包括以下步驟: 1)采用天線接收機形成均勻平面陣，其中X軸方向有N個天線接收機~軸方向有M個天線接收機，且天線接收機間距均為d，N≥2，M≥2，0〈d< λ/2, λ為入射窄帶信號波長； 2)將Q個不相關的窄帶信號s,(t)以X軸夾角α,和y軸夾角β,入射到天線均勻平面陣上，其中，q=l，2，...，Q，I≤Q<NM, a q表示待求的第q個窄帶信號的入射方向與x軸的夾角，β,表示待求的第q個窄帶信號的入射方向與y軸的夾角，且Oq e (0° ,180° ]，β, e (0°，180。]； 3)計算天線均勻平面陣上各天線接收機的回波信號Yn，m(t)；
2.根據權利要求1所述的電磁信號的二維波達方向角估計方法，其中，步驟4)所述的計算天線接收機回波信號Yn，m(t)的噪聲子空間Un，按如下步驟進行: 4a)計算天線接收機信號的協方差矩陣R=E[Yn，m(t).Yn，m(t)H]，其中E[.]表示求數學期望，(.)H表示矩陣共軛轉置運算； 4b)對協方差矩陣R進行如下特征分解:
R=U.Λ.Uh, 其中，Λ為協方差矩陣R的特征值矩陣，U為特征值所對應的特征向量矩陣； 4c)將特征值矩陣Λ中的特征值按從大到小排序，取后(NM-Q)個較小特征值對應的特征向量矩陣作為噪聲子空間Un。
3.根據權利要求1所述的電磁信號的二維波達方向角估計方法，其中所述步驟6)中計算中間變量矩陣Gq的最小特征值所對應的特征向量，求得方向向量am( β ,)，按如下步驟進行: 6a)對中間變量矩陣Gq進行特征分解:Gei=Uq-Aq-Ul1 其中，Λ q為中間變量矩陣Gq的特征值矩陣，Uq為中間變量矩陣Gq的特征值所對應的特征向量矩陣，(.)H表示矩陣共軛轉置運算； 6b)尋找中間變量矩陣Gq中最小的特征值Aqmin對應的特征向量Uqmin，將該特征向量Uqmin作為求得的方向向量am ( β q)。
4.根據權利要求1所述的電磁信號的二維波達方向角估計方法，其中步驟10)所述的根據方向向量am ( β ,)，利用最小二乘法求得y軸夾角β q值，按如下步驟進行: IOa)根據方向向量am(i3,)，利用下式計算角度向量g: g=-angle(am(3 q)) 其中，angle (.)表示對向量中每個元素分別取相角； IOb)令矩陣
【文檔編號】G01S3/30GK103792509SQ201410062030
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2014年2月24日
【發(fā)明者】蔡晶晶, 李鵬, 鮑丹, 武斌, 劉高高, 秦國棟, 馮小平, 張葵 申請人:西安電子科技大學