【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到无线通信领域，特别是运用残缺矢量天线阵对来波方向和极化参数的估计方法。
技术介绍
1、虽然目前针对矢量天线也有一些测向和测极化的算法，但却存在诸多缺点。第一，现有的测向算法所使用的几乎都是完整的六维电磁矢量传感器，例如文献“单有向电磁矢量传感器的参数估计方法”中使用的就是完整的电磁矢量传感器，这也会使得单个天线重量较大，不利于飞行器的气动布局，并且单个天线内部会产生强烈的相互干扰。同时，六维数据之间会有一些重复的信息，造成信息冗余，因此使用完整电磁矢量传感器会造成信息的浪费。第二，由于矢量天线同时接收到电磁波的波达方向和极化信息，现有的测向算法对方向信息和极化信息的解耦过程是很复杂的，例如文献“电磁矢量传感器阵列信号波达方向估计：双模music”所提出的一种基于张量模型的双模music解耦算法，或者文献“电磁矢量传感器阵列的几何代数模型”所提出的一种基于瑞利熵的矢量空间几何代数解耦方法。这些算法的复杂度是非常高的，在工程是很难实际应用的。第三，现有的测向算法采用的几乎都是共心式矢量天线，三维天线的相位中心是重合的，这样会带来天线的耦合，导致性能下降，因此天线的制作也会更加困难。
技术实现思路
1、针对现有技术使用完整电磁矢量传感器造成信息冗余的问题，本专利技术使用了两个残缺的电磁矢量传感器，对信息的利用更加充分，同时还减少内部的相互干扰，并且在实际安装时还能实现对称的布局。针对现有技术的解耦过程困难的问题，本专利技术将秩亏算法应用于残缺电磁矢量传感器，大大简化了计算
2、本算法使用的是两个残缺矢量天线，每个矢量天线由三个相互正交且相位中心不重合的电偶极子构成。空间电磁信号是六维矢量信号，包含三个磁场分量和三个电场分量，因此完整的电磁矢量传感器由三个彼此正交的电偶极子和三个彼此正交的磁环构成，而本专利技术只使用了三个电偶极子而没有使用磁环，也就是只对三个电场分量进行测量。为保证全空域测量，需要使用两个三正交电偶极子天线。根据六根电偶极子天线的接收信号，本专利技术可以实现对任意角度和极化方式入射的电磁波的来波方向和极化参数的估计。因而本专利技术技术方案为一种基于残缺矢量天线阵的波达方向和极化参数估计方法，该方法采用两对三正交电偶极子天线接收电磁波；
3、步骤1：三正交电偶极子天线接收到电磁波后，经接收机进行采样量化后，得到一组采样信号；矢量天线接收到的信号如下：
4、
5、其中，ex、ey、ez分别三根电偶极子天线所接收到的信号，和θ分别表示来波在球坐标系下的方位角和俯仰角，γ和η是完全极化波下的极化参数。是电磁波的jones矢量表示法，是从球坐标系到直角坐标系的转换矩阵。s(t)是电磁波在空间中的复数表达式，可表示为其中|e|表示电磁波的电场强度，fc为电磁波频率，为电磁波的初始相位，j为复数单位。n(t)表示高斯信道噪声。
6、步骤2：由于三正交电偶极子天线的相位中心不重合，加入相位差信息；
7、其中一组为：
8、
9、其中，θx、θy和θz分别表示三根天线由于相位中心与天线中心不重合所引入的额外相位差。若每根天线的相位中心距离天线的中心的距离为r，电磁波波长设为λ，则
10、
11、另一组为：
12、
13、其中，δθ两组天线之间的相位差；
14、若两组天线之间的距离为x，则
15、步骤3：将这两个信号拼接在一起；
16、
17、其中，a(θ,φ,η,γ)表示来波的导向矢量。
18、步骤4:设六根天线的方向图为：
19、
20、步骤5：根据步骤4设的方向图对接收信号计算得到y(t)：
21、
22、步骤6：采用希尔伯特变换还原出解析信号；
23、接收机只能接收到实部，即xr(t)＝real[y(t)]。需要将接收信号通过一个希尔伯特滤波器，即x(t)＝xr(t)+j*hibert[xr(t)]，其中，xr(t)表示窄带信号的实部，hibert[xr(t)]表示将xr(t)经过希尔伯特变换后的结果，j为虚数单位。所得到的x(t)即为解析信号，可用来近似表示y(t)。
24、步骤7：求信号的协方差矩阵；
25、处理6维信号r＝e[x(t)x(t)h]，e[x(t)x(t)h]表示对x(t)x(t)h求数学期望，h是矩阵共轭转置运算符，所得的r为信号x(t)的协方差矩阵。得到的r是一个6×6的矩阵，然后对矩阵r进行特征值分解，得到了6个特征值和6×6的特征向量矩阵v，然后选取五个小的特征值所对应的特征向量构成噪声子空间，即一个6×5的矩阵en，然后运用music算法通过谱峰搜索的方式得到来波信息的估计量pmusic(θ,φ,η,γ)：
26、
27、其中，en为信号噪声子空间，a(θ,φ,η,γ)为导向矢量。
28、上式包含四个位置参数θ,φ,η,γ，结合秩亏理论对波达方向参数和极化参数进行解耦，再分别对二者进行估计。
29、本专利技术相对于
技术介绍
，具有更高的测量精度和更低的算法复杂度，以及更优的布局。
【技术保护点】
1.一种基于残缺矢量天线阵的波达方向和极化参数估计方法，该方法采用两对三正交电偶极子天线接收电磁波；
【技术特征摘要】
1.一种基于残缺矢量天线阵的波达方向和极化参数估计...
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