(19)國家知識產權局(12)發(fā)明專利地址310018浙江省杭州市下沙高教園區(qū)2號大街(特殊普通合伙)33240專利代理師陳煒審查員萬夏基于非共位非均勻極化陣的部分極化信號多參數估計方法本發(fā)明公開了一種基于非共位非均勻極化基于重構的共位均勻極化陣列理論協(xié)方差矩陣號極化參數。本發(fā)明方法陣列采用非共位的方布置非共位非均勻極化陣列布置非共位非均勻極化陣列構建部分極化信號接收模型并采樣求陣列樣本協(xié)方差矩陣及其誤差統(tǒng)計分布構造用于重構共位均勻極化陣列理論協(xié)方差矩陣的優(yōu)化問題并求解基于重構的共位均勻極化陣列理論協(xié)方差矩陣估計信號來波方向求解信號相干矩陣并估計信號極化參數2所述非共位非均勻極化陣列由兩個非均勻子陣列構成，兩個子陣列的極化互相正交，x方向極化子陣列包含M?個x方向極化陣元，所有陣元的位置構成x方向位置向量y方向極化子陣列包含M?個y方向極化陣元，所有陣元的位置構成y方向位置向量[n,y2?,…,7M·d=nd,向量η=[7,72,…,7??]為y方向極化陣元位置指示向量，包含不連針對第k個信號的導向矢量；a*(θ)的第m?個元素為a?(θ)=exp[j(2πymdcosθ)/λ],j=√-1;s,n(t)表示第k個信號在第t個快拍時的水平極化分量，e(t)是在第t個快拍時噪聲方差為σ2的零均值高斯白噪聲構成的向量；x方向極化子陣列的流型矩陣s,(t)∈CK×=[s,(t),…,sK,h(t)?表示y方向極化子分量構成的向量s,(t)∈C1=[s[,(t),…,sk,第k個部分極化信號s(t)=[sk,h(t),s,v(t)]的相干矩陣為：3橢圓率矢量w(β)=[cosβjsinβ],β表示第k個信號的極化橢圓率角，的噪聲n(t)∈C=[e(t),e,(t)”;陣列輸出對應的理論協(xié)方差矩陣R=E[z(t)z(t)"],陣列輸出對應的樣本協(xié)方差矩陣步驟(4)構造用于重構共位均勻極化陣列理論協(xié)方表示共位均勻極化陣列中x方向極化子陣列與y方向極化子陣列的互協(xié)方4按γ中的元素值取矩陣R′xx對應的行，以及按γ中的元素取矩陣R′對應的列，最終構成的求解得到R′的估計值R,o2的估計值?2,R′的估計值R和R′,的估計值陣R′,;步驟(5)基于重構的共位均勻極化陣列理論協(xié)方差矩陣估計信號來波方向：將估計值R和R,的和R,=R′+R,進行特征分解，提取由K個最大特征值對應的特征向量構成信號子空間U;映射矩陣Ψ=UU,U,為刪去U的第一行后得到的矩陣，U為刪去U的最后一行后得到的矩陣，()表示求矩陣的偽逆；對出進行特征分解得到K個特征值p,k=1,2,…,K,則信號的方向估計為：Arg(·)表示求復數的輻角主值，arcosS[·]表示求反余弦，步驟(6)求解信號相干矩陣并估計信號極化參數：(6-1)利用估計出的波達方向，重構各個部分極化信號的相干矩陣R;(6-2)對估計出的各個信號相干矩陣進行處理，重構得到的第k個相干矩陣R:對R,進行特征值分解，特征值分解的兩個特征值分別為b,1,bk,?,且b,?>bk,2,bk,2對應化橢圓率角食估計為：α=Arg(の)/2,β=π/4-arctano|,中間變量arctan[·]表示求反正切。2.如權利要求1所述的基于非共位非均勻極化陣的部分極化信號多參數估計方法，其特征在于，步驟(4)采用內點法進行求解或采用數學工具包CVX進行求解，得到R′的估計值R,o2的估計值2,R′的估計值R和R′yy的估計值陣R,。3.如權利要求1所述的基于非共位非均勻極化陣的部分極化信號多參數估計方法，其(6-1-1)估計噪聲方差，采用以下兩種去噪方式：方式①是運用子空間的方法，對重構得到的R′特征分解，然后對其特征值進行排序得到其2M-2K個小的特征值，取平均即為重構信號的噪聲方差；方式②是求解步驟(4)的優(yōu)化問題得到；(6-1-2)去除噪聲方差分量：去除噪聲分量之后重構輸出的協(xié)方差矩陣,2為求解得到的噪聲方差；5然后分別計算三個中間參數向量：r=Itvec(R),ry=Vtvec(R,)./(-sin(θ),6基于非共位非均勻極化陣的部分極化信號多參數估計方法技術領域[0001]本發(fā)明屬于陣列信號處理技術領域，特別涉及對部分極化信號的多參數估計，具體是一種基于非共位非均勻極化陣的部分極化信號多參數估計方法。背景技術[0002]陣列天線技術被用來估計信號波達方向等參數，廣泛應用于雷達、通信等技術領域。以往的研究多假設陣列為標量陣列，即陣列的極化單一。這種情況下，當信號極化與陣列極化不同時將導致極化失配，降低信噪比。為解決該問題，極化陣(全稱極化敏感陣)被提出。極化陣包含不同極化的單元，可接收信號的不同極化分量。除了解決極化失配問題，極化陣還使得估計信號極化參數成為可能?；跇O化陣，研究人員對完全極化信號做了大量研究。完全極化信號的極化參數固定，但在某些應用中信號的極化隨時間改變，此類信號被稱為部分極化信號。完全極化信號屬于部分極化信號的一種特例，因而針對部分極化信號的研究更具普遍意義。[0003]為了方便信號處理，極化陣中的每個陣元常由多個相位中心重疊的不同極化單元構成，且每個陣元具有相同的結構，如文獻1.ChineseJournalofElectronics,2018,27(1):206-212)采用的方法。多個極化單元相位中心重疊被稱為共位。極化單元共位會帶來兩個問題。一方面，由于每個極化單元需配備一個射頻通道，一個陣元就對應多個射頻通道，從而會增加硬件成本；另一方面，共位的極化單元會引起單元間的互耦，降低參數估計性能。針對該問題，文獻2(F.Liu,H.Li,W.XiaonSignalandInformationProcessing(ChinaSIP),2014,pp.763-767)提出一種非共位陣列，其中每個極化單元的相位中心互不重疊，并各自單獨構成一個陣元。但該陣列由于具有均勻結構，為了避免來波方向的模糊，需要不同極化單元間距不超過四分之一個波長，因而會減小陣列孔徑并增大互耦。另外，該文獻提出的參數估計方法是針對信號為完全極化發(fā)明內容[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于非共位非均勻極化陣的部分極化信號多參數估計方法。[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：[0006]步驟(1)布置非共位非均勻極化陣列：[0007]所述非共位非均勻極化陣列由兩個非均勻子陣列構成，兩個子陣列的極化互相正交，共同構成均勻線陣。子陣列中的每個陣元只由一個極化單元構成，即每個陣元只有一個輸出端口。7[0009]x方向極化子陣列包含M?個x方向極化陣元，所有陣元的位置構成x方向位置向量[0010]y方向極化子陣列包含M?個y方向極化陣元，所有陣元的位置構成y方向位置向量[7,72…7M]·d=nd,向量η=[7,72?…,7]”為y方向極化陣元位置指示向量，包含不連[0011]兩個非均勻子陣列共同構成均勻線陣，陣元數M=M?+M?,其陣元位置構成向量(γ聲方差為σ2的零均值高斯白噪聲構成的向量；x方向極化子陣列的流型矩陣s,(t)∈CK=[s,(1),…,sk,()]”,C表示復數域；a?(QA)=exp[j(2π7m,dcose)/2];se,v(t)為第k個信號在第t個快拍時的垂直極化分量；e,A,(θ)∈CMz×*=[a'(),a(2),…a2(Oc)],各信號垂直極化分量構成的向量8[0021]橢圓率矢量w(β)=[cosβjsinβ],β表示第k個信號的極化橢圓率角，-π/4≤β包含的噪聲n(t)∈CM×=[&(t),ε,(t)]”。[0024]陣列輸出對應的理論協(xié)方差矩陣R=E[z(t)z(t),陣列輸出對應的樣本協(xié)方差向極化子陣列的協(xié)方差矩陣，R,′,表示共位均勻極化陣列中y方向極化子陣列的協(xié)方差矩陣，R’,表示共位均勻極化陣列中x方向極化子陣9[0032]上式中的優(yōu)化問題為凸優(yōu)化問題，采用內點法進行求解或采用數學工具包進[0034]將估計值R和R′,的和R,=R&+R',進行特征分解，提取由K個最大特征值對應的[0036]對中進行特征分解得到K個特征值p,k=1[0039](6-1)利用估計出的波達方向?,重構各個部分極化信號的相干矩陣R。[0044]去除噪聲分量之后重構輸出的協(xié)方差矩陣,2為求解得到的噪聲方差；[0046]首先計算轉換矩陣V=[a(Q)⑧a(,)…a(O)⑧a(O)],a(Q)均勻極化陣針對于Q的導向矢量，a(O)的第m個元素a(O)=exp[j(2πmdcosQ)/λ],m=1,2,...,M;r,=v+vec(R?)./sin2(θ),其中，(./)表示按元素相除，即點除，則信號相干矩陣重構公式[0049]對R,進行特征值分解，特征值分解的兩個特征值分別為bk,1,bk,2,且bk,i>bk,2,,arctan[·]表示求反正切。[0050]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：本發(fā)明提出的基于非共位非均勻極化陣的部分極化信號多參數估計方法中，陣列采用非共位的方式，每個極化單元相位中心不重疊，一方面避免了共位陣列極化單元間存在的互耦問題；另一方面每個陣元只有一個射頻通道，節(jié)省了資源。陣列采用非均勻的方式，解除了對于陣列孔徑的限制，并且保證了波達方向估計沒有模糊，更好地滿足參數估計的要求。附圖說明[0051]圖1是本發(fā)明的方法總體流程框圖；[0052]圖2是本發(fā)明中非共位非均勻極化陣結構示意圖；[0053]圖3是本發(fā)明中重構得到的共位均勻極化陣結構示意圖；[0054]圖4是本發(fā)明方法在不同信噪比下與克拉美羅界的估計精度比較示意圖；[0055]圖5是本發(fā)明方法在不同快拍數下與克拉美羅界的估計精度比較示意圖；[0056]圖6是本發(fā)明方法在不同信噪比下極化度估計精度示意圖。具體實施方式[0057]以下結合附圖和具體實施方式，對發(fā)明的技術方案和效果作進一步詳細說明。[0058]如圖1所示，基于開關的部分極化信號多極化陣列接收及測向方法，具體如下：[0059]步驟一：布置非共位非均勻極化陣列：該陣列由兩個非均勻子陣列構成。兩個子陣列的極化互相正交，且共同構成均勻線陣。子陣列中的每個陣元只由一個極化單元構成，即每個陣元只有一個輸出端口。[0060]陣列布置方式具體為：如圖2所示，在三維直角坐標系中，沿y軸放置兩個非均勻子[0061]x方向極化子陣列包含M?個x方向極化陣元，所有陣元的位置構成x方向位置向量[Y?,Y?,…,yM·d=γd,向量y=[Y?,yY?…yM]為x方向極化陣元位置指示向量，包含不連[0062]y方向極化子陣列包含M?個y方向極化陣元，所有陣元的位置構成y方向位置向量[7n,72…,7M]·d=ηd,向量η=[7,72…,7%?為y方向極化陣元位置指示向量，包含不連[0063]兩個非均勻子陣列共同構成均勻線陣，陣元數M=M?+M?,其陣元位置構成向量(γUη)d,其中向量γUη包含連續(xù)不重復整數，U表示合并操作。[0064]步驟二：構建部分極化信號接收模型并采樣：假設來自θ=[0?,02?,…,θ]方向的Ka蓋(OA)=exp[j(2πymdcosθ)/2],j=√-1;sk,h(t)表示第k個信號在第t個快拍時的水平極am(Q)=exp[j(2π7m,dcosθ)/2];se,v(t)為第k個信號在第t個快拍時的垂直極化分量；eyA,(0)∈CM2×K=[a’(C),a'(?),…a(0k)],各信號垂直極化分量構成的向量信號兩個極化分量的相關系數。2,和σ2,分別為第k個信號的未極化功率和完全極化功矩陣表示表示均值為0,協(xié)方差矩陣為∑的漸進復正態(tài)分布，列與y方向極化子陣列的互協(xié)方差矩陣；R′y(y,n)表示按γ和η中的元素值分別取矩陣法進行求解或采用數學工具包CVX進行求解，得到R′的估計值R′,o2的信號子空間U;[0086](6-1)利用估計出的波達方向?,重構各個[0091]去除噪聲分量之后重構輸出的協(xié)方差矩陣,2為求解均勻極化陣針對于?的導向矢量，a(O)的第m個元素a(O)=exp[j(2πmdcosθ)/a],m=1,R,進行特征值分解，特征值分解的兩個特征值分別為b..1,b?,2,且b,>b征向量ζ=[k,1,5k,2],則該