本發(fā)明涉及一種空間譜二維估計(jì)方法，屬于陣列信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

陣列信號(hào)處理是通過將多個(gè)信號(hào)傳感器設(shè)置在空間不同位置組成陣列，并利用該陣列對(duì)空間信號(hào)進(jìn)行接收和處理，提取陣列所接收空間信號(hào)的特征信息?？臻g譜估計(jì)技術(shù)是陣列信號(hào)處理的一個(gè)重要研究方向，目前廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、地震信息、無線通信和生物醫(yī)學(xué)工程等多種軍事與民用領(lǐng)域。

空間譜二維估計(jì)一般將傳感器排列成平面陣以實(shí)現(xiàn)空間信號(hào)二維角度估計(jì)，其需要進(jìn)行空間譜二維搜索，計(jì)算復(fù)雜度和數(shù)據(jù)處理量遠(yuǎn)超過一維搜索。實(shí)際應(yīng)用中，目標(biāo)偵察與無源定位均需要以精確的角度估計(jì)為基礎(chǔ)，二維搜索的計(jì)算復(fù)雜度與龐大的數(shù)據(jù)量將大大降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，這種影響在高速載體上特別明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于十字型陣列的空間目標(biāo)二維角度快速估計(jì)方法，通過將十字陣二維角度估計(jì)問題分解為兩個(gè)一維角度估計(jì)問題，分別利用十字陣中縱向天線子陣與橫向天線子陣進(jìn)行解算，得到實(shí)際俯仰角信息與等效方位角信息，再利用該俯仰角、實(shí)際方位角、等效方位角之間的三角函數(shù)關(guān)系，求解反三角函數(shù)，得到實(shí)際方位角信息，完成信號(hào)波達(dá)方向的快速準(zhǔn)確估計(jì)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

(1)計(jì)算十字陣列中縱向天線子陣相對(duì)于原點(diǎn)的相位差其中，λ表示波長(zhǎng)；通過十字陣列中縱向天線子陣接收的數(shù)據(jù)，利用空間譜估計(jì)算法進(jìn)行一維角度估計(jì)，得到信號(hào)來向俯仰角θ；

(2)計(jì)算十字陣列中橫向天線子陣相對(duì)于原點(diǎn)的相位差其中，(y，z)表示十字陣列中的天線布陣坐標(biāo)；通過十字陣列中橫向天線子陣接收的數(shù)據(jù)，利用空間譜估計(jì)算法進(jìn)行一維角度估計(jì)，得到等效方位角

(3)利用步驟(1)測(cè)出的俯仰角信息補(bǔ)償步驟(2)測(cè)出的等效方位角信息，從而計(jì)算出實(shí)際方位角

本發(fā)明的有益效果是：通過將空間譜二維角度估計(jì)分解成兩個(gè)一維角度估計(jì)的方法，極大的減少了計(jì)算復(fù)雜度和數(shù)據(jù)處理量，從而節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，保證了信息的實(shí)時(shí)性。同時(shí)本發(fā)明通過利用實(shí)際俯仰角與實(shí)際方位角之間的三角函數(shù)關(guān)系，利用實(shí)際俯仰角與等效方位進(jìn)行反三角函數(shù)求解，得到實(shí)際方位角，在節(jié)省了運(yùn)算量的同時(shí)又有效的提高的目標(biāo)信號(hào)估計(jì)的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是陣元布局圖；

圖2是坐標(biāo)系圖；

圖3是空間目標(biāo)二維角度快速估計(jì)方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明包括以下步驟：

(1)十字陣中縱向天線在Y軸的坐標(biāo)均為0，因此縱向天線相對(duì)于原點(diǎn)的相位差不受方位角的影響，即縱向天線相對(duì)于原點(diǎn)的相位差為

其中，θ表示信號(hào)來向俯仰角，表示方位角，λ表示波長(zhǎng)，d表示幾何中心波程差。通過縱向天線接收的數(shù)據(jù)，利用空間譜估計(jì)算法進(jìn)行一維角度估計(jì)，得到準(zhǔn)確俯仰角θ信息。

(2)十字陣中橫向天線在Z的坐標(biāo)均為0，天線相對(duì)于原點(diǎn)的相位差不受坐標(biāo)Z的影響，即實(shí)際相位差為

但在實(shí)現(xiàn)中采用的相位差為

其中為等效測(cè)出的方位角，再通過橫向天線接收的數(shù)據(jù)，利用空間譜估計(jì)算法進(jìn)行一維角度估計(jì)，得到等效方位角測(cè)向信息。

(3)依據(jù)等效方位角和實(shí)際方位角間的相位關(guān)系，可知

因此，實(shí)際方位角為

利用步驟(1)測(cè)出的俯仰角信息補(bǔ)償步驟(2)測(cè)出的等效方位角信息，從而計(jì)算出實(shí)際方位角信息。

本發(fā)明的實(shí)施例如圖1所示，天線陣列的陣元個(gè)數(shù)為5，分布為半波長(zhǎng)等間距十字陣，對(duì)應(yīng)的天線布陣坐標(biāo)(Y，Z)：天線1(-a，0)、天線2(0，0)、天線3(a，0)、天線4(0，a)、天線5(0，-a)。如圖2，天線陣在YOZ平面上放置，定義來波方向與其在法平面XOY的投影夾角為θ(大地坐標(biāo)的俯仰角)，逆時(shí)針為正，定義來波方向在XOY平面投影與X軸的夾角為(大地坐標(biāo)的方位角)，逆時(shí)針為正。Y軸的方向余弦為Z軸的方向余弦sin(θ)，θ和在Z軸向的方向余弦是不耦合。

該方法包括以下步驟：

步驟一：十字陣中天線4(0，a)、天線2(0，0)、天線5(0，-a)接收的數(shù)據(jù)，相對(duì)于原點(diǎn)的相位差

由于該三個(gè)天線在Y的坐標(biāo)均為0，天線4、天線2、天線5相對(duì)于原點(diǎn)的相位差不受方位角的影響，即相位差為

從而進(jìn)行一維波達(dá)方向估計(jì)，得到俯仰角信息；

步驟二：十字陣中天線1(-a，0)、天線2(0，0)、天線3(a，0)接收的數(shù)據(jù)，由于該三個(gè)天線在Z的坐標(biāo)均為0，天線1、天線2、天線3相對(duì)于原點(diǎn)的相位差不受坐標(biāo)Z的影響，即實(shí)際相位差為

但在實(shí)現(xiàn)中由于俯仰角θ未知，計(jì)算中采用的相位差為

進(jìn)行一維波達(dá)方向估計(jì)，得到等效方位角信息，其中為等效測(cè)出的方位角，含有受到俯仰角影響的誤差。

步驟三：通過步驟一，獲得了俯仰角信息。依據(jù)等效方位角測(cè)向方法中等效方位角和實(shí)際間的相位關(guān)系，可知

因此，實(shí)際方位角為

利用步驟一測(cè)出的俯仰角信息補(bǔ)償步驟二測(cè)出的等效方位角信息，從而計(jì)算出實(shí)際方位角信息。