電磁矢量傳感器陣列高分辨參數(shù)估計算法研究.pdf

1、電磁矢量傳感器陣列是一種能夠獲取電磁信號極化信息的新型陣列，和普通陣列相比，電磁矢量傳感器陣列具有更好的抗干擾能力和更高的分辨能力。電磁矢量傳感器陣列信號處理是包含空域和極化域的多維信號處理，研究電磁矢量傳感器陣列信號到達角(DOA)-極化參數(shù)的估計以及誤差校正具有重要的意義。本文圍繞這一課題的若干熱點問題展開研究，并把研究重點放在電磁矢量傳感器陣列的稀疏高分辨算法研究。本論文的主旨在于，提出了一系列稀疏電磁矢量傳感器高分辨算法，包括基

2、于虛擬基線的解模糊高分辨算法和基于四元數(shù)模型的高分辨算法，同時也研究了基于電磁矢量傳感器的誤差校正算法。本論文的主要創(chuàng)新點如下：
　　1、提出了電磁矢量傳感器取向誤差(也稱之為指向誤差)、幅相誤差和耦合誤差的估計與校正補償算法。電磁矢量傳感器取向誤差的校正是利用一個極化參數(shù)已知而到達角未知校正源進行參數(shù)估計和誤差校正，在校正過程中信號源發(fā)射天線繞z軸和x軸以90度角進行兩次坐標旋轉(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)前后的到達角之間的關(guān)系進行參數(shù)估計和取向

3、誤差校正。電偶極子組幅相誤差的校正是將待校正電偶極子組繞x軸旋轉(zhuǎn)90度，根據(jù)旋轉(zhuǎn)前后的到達角關(guān)系估計幅相誤差和信號參數(shù)。耦合誤差的校正是建立了簡單的耦合誤差矩陣模型，通過矩陣運算將耦合誤差矩陣的求解轉(zhuǎn)化為求誤差矩陣中的少數(shù)幾個變量，大大降低了計算復雜度。
　　2、研究了基于稀布陣解模糊的高分辨參數(shù)估計算法。陣列孔徑越大，波達方向估計的精度就會越高、角度分辨力也會相應的提高，但是當孔徑大于信號的半波長時，測向?qū)霈F(xiàn)模糊問題。常用的

4、稀疏解模糊方法有長短基線法、虛擬基線法等。本節(jié)從稀疏解模糊的思想出發(fā)，提出了四種電磁矢量傳感器陣列的高分辨算法，首先，利用均勻同心圓環(huán)陣估計到達角(Direction of arrival，DOA)和極化參數(shù)，通過小圓環(huán)得到到達角的粗略而無模糊的估計，大圓環(huán)得到有模糊的精確估計值，通過解模糊得到精確的無模糊的估計結(jié)果，從而提高了到達角的估計精度。其次，利用稀疏同心半圓環(huán)估計到達角和極化參數(shù)，建立了稀疏同心半圓環(huán)偶極子對陣列的測向解模糊模

5、型，運用虛擬基線的思想將空域?qū)蚴噶窟M行變換，得到小于半波長的虛擬短基線進行到達角的粗略估計，利用粗略估計值實現(xiàn)長基線的解模糊，從而極大地提高了參數(shù)估計精度，該方法能夠自動配對極化參數(shù)和到達角，計算量較小。再次，提出了用于高頻信號的虛擬圓陣高分辨測向算法，通過對均勻圓陣的陣元與參考陣元間的實際相位差進行一次或多次虛擬變換，獲得無模糊的虛擬陣元與參考陣元間的相位差，利用虛擬后無模糊的相位差估計DOA，然后利用粗略估計值解原始陣元與參考陣元

6、基線的相位模糊，得到高精度的DOA估計。最后，提出了一種基于子空間理論的非均勻L型偶極子對陣列的DOA和極化參數(shù)估計算法，利用直接采樣和延時后采樣數(shù)據(jù)構(gòu)造數(shù)據(jù)相關(guān)矩陣，通過空域?qū)蚴噶康狞c除運算得到無模糊的相位估計，并用來解導向矢量的相位模糊，從而得到高精度的信號DOA估計。
　　3、提出了兩種基于四元數(shù)ESPRIT算法的多參數(shù)聯(lián)合估計算法。首先研究了正交電偶極子對L型陣列的頻率、極化和二維DOA聯(lián)合估計方法，利用兩組同步采樣數(shù)據(jù)

7、構(gòu)造數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，由數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣四元數(shù)特征分解并根據(jù)子空間理論得到陣列導向矢量的估計，通過空域?qū)蚴噶糠謮K運算得到x軸方向和y軸方向的方向余弦關(guān)系，從而得到信號二維DOA估計，通過四元數(shù)運算得到重構(gòu)x軸和y軸方向的電偶極子子陣導向矢量，從而估計極化參數(shù)。其次，針對柱面共形陣給出了基于四元數(shù)ESPRIT算法的電磁對DOA和極化估計算法，先由信號子空間理論得到陣列空域?qū)蚴噶浚瑥亩M一步得到信號DOA的估計，再通過陣列導向矢量的四元數(shù)重