【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阵列信号处理，尤其涉及一种圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构及排布方法。
技术介绍
1、圆柱共形阵列是指安装于圆柱载体表面，且与圆柱载体外形保持一致的天线阵列。相比于线阵和面阵，共形阵列具有rcs小、角度覆盖范围大和对载体平台空气动力学影响小等优点。基于上述优点，共形阵列在雷达、预警和移动通信等军用和民用领域具有广阔的应用前景。因此，近年来基于共形阵的二维doa和极化参数估计收到越来越多的关注，已成为阵列信号处理领域的研究热点。
2、在过去的十多年间，已经有多个基于圆柱共形阵列的二维doa和极化参数估计算法被提出，例如基于子空间的算法《w.si,l.-t.wan,l.liu,and z.tian,“fast estimationof frequency and 2-d doas for cylindrical conformal array antenna usingstate-space and propagator method,”progress in electromagnetics research,vol.137,pp.51–71,2013》，平行因子算法《l.-t.wan,l.-t.liu,w.-j.si,and z.-x.tian,“joint estimation of 2ddoa and frequency based on space-time matrix andconformal array,”the scientific world journal,vol.2013,dec.2
3、然而，上述算法都是考虑圆柱均匀共形阵列(cylindrical uniform conformalarray,cuca)。均匀圆柱共形阵列的每个线性子阵都采用均匀线阵结构。为避免空间混叠，均匀线阵结构的阵元间距不大于信号波长的一半，这限制均匀共形阵的阵列孔径。为克服均匀圆柱共形阵框架的不足，嵌套阵列被引入圆柱共形阵列的研究中。相比于均匀阵列，在阵元数目相同的情况下，嵌套阵列能够取得更大的阵列孔径，并能够通过虚拟阵列得到更多的虚拟阵元，从而提高自由度。文献《m.fu,z.zheng,w.-q.wang,and y.liao,“two-dimensional direction-of-arrival estimation for cylindrical nested conformalarrays,”signal process.,vol.179,oct.2021,art.no.107838》提出圆柱嵌套共形阵列(cylindrical nested conformal array,cnca)。圆柱嵌套共形阵列使用嵌套阵列作为其线性子阵，因而其有更大的阵列孔径和更多的自由度。然而，圆柱嵌套共形阵列的每个线性子阵的配置都相同，导致了大量的冗余阵元。
4、因此，为进一步提高二维doa和极化参数的估计精度，研究具有更大阵列孔径和更多自由度的圆柱共形阵列结构具有重要意义。
5、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：圆柱嵌套共形阵列的每个线性子阵的配置都相同，存在大量的冗余阵元，导致自由度的大量损失。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构(cdecca)。
2、本专利技术是这样实现的，一种圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构，所述圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构由多个双平行稀疏线阵组成，每个双平行稀疏线阵包含有两个稀疏线阵；第一个稀疏线阵由n-1个阵元组成，阵元间距为md；第二个稀疏线阵包含有m个阵元，阵元间距为(n+m)d，式中，d＝0.5λ为单位间距，λ为信号波长。
3、假定双平行稀疏线阵的个数为i，则整个阵列的阵元数目为(n+m-1)i，阵元位置为式中r表示圆柱半径，和分别为第一个与第二个稀疏线阵的方位角。
4、本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述圆柱移位扩展互质共形阵列(cdecca)的二维波达方向(doa)和极化参数估计方法，所述参数估计方法包括以下步骤：
5、步骤一，设置天线阵列；
6、步骤二，根据圆柱共形阵列接收数据建模；
7、步骤三，构建差分阵列信号模型；
8、步骤四，搜索得到二维doa和极化参数估计。
9、步骤一设置一个圆柱移位扩展互质共形阵列，整个阵列共有阵元(n+m-1)i个，阵元位置为：
10、
11、
12、
13、式中，zm,nd表示第m个线阵中第n个阵元的z轴位置；各母线阵列的z轴坐标集合的表达式为：
14、
15、
16、步骤二令l＝2i表示线阵数目，nm为第m个线阵的阵元数目，有则阵列接收数据表示为：
17、
18、式中，符号表示hadamard积，表示信号波前矢量，表示噪声矢量；
19、表示空间域阵列流形矩阵，式中表示对应于第k个信号的导向矢量；表示第m个线阵中第n个阵元的空间位置矢量，其中uk＝[sinθkcosφk,sinθksinφk,cosθk]t表示第k个信号的方向矢量；
20、表示阵列响应矩阵，表示对应于第k个信号的阵列响应矢量，表示第m个线阵对应于第k个信号的阵列响应矢量，表示nm×1的全1矢量；为第m个线阵对应于第k个信号的阵列响应，表示第m个线阵对应于第k个信号的方向图矢量，而表示第k个信号的极化矢量。
21、步骤三根据接收信号模型构建一个四阶累积量矩阵第(i,j)个元素为：
22、
23、式中，表示第k个信号的峰度，
24、累积量矩阵cx的矩阵形式表示为：
25、cx＝(fd⊙ad)cs(fd⊙ad)h
26、式中，符号“⊙”表示khatri-rao积，fd＝f*⊙f和ad＝a*⊙a；矩阵ad可以看做一个虚拟阵列的阵列流形矩阵，该虚拟阵列的阵元位置集合为
27、步骤四对累积量矩阵cx进行特征值分解，有
28、
29、式中，σs和σn分别是k×k和的对角矩阵，对角线元素分别为cx的k个最大特征值和个最小特征值；us是的信号子空间，由cx的k个最大特征值对应的特征向量张成，而un是的噪声子空间，由cx的个最小特征值对应的特征向量张成；根据噪声子空间un，入射信号的二维doa和极化参数估计可以通过四维music谱峰搜索本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构，其特征在于，由多个双平行稀疏线阵组成，每个双平行稀疏线阵包含有两个稀疏线阵；第一个稀疏线阵由N-1个阵元组成，阵元间距为Md；第二个稀疏线阵包含有M个阵元，阵元间距为(N+M)d，式中，d＝0.5λ为单位间距，λ为信号波长；N和M为一对互质整数，且有N＞M＞2。
2.如权利要求1所述的圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构，其特征在于，假定双平行稀疏线阵的个数为I，则整个阵列的阵元数目为(N+M-1)I，阵元位置为式中
3.一种基于权利要求1～2任一项所述圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构的二维DOA和极化参数估计方法，其特征在于，所述参数估计方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的基于圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构的二维DOA和极化参数估计方法，其特征在于，步骤一设置一个圆柱移位扩展互质共形阵列，整个阵列共有阵元(N+M-1)I个，阵元位置为：
5.如权利要求3所述的基于圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构的二维DOA和极化参数估计方法，其特征在于，步骤二令L＝2I表示线阵数目，Nm为第m个线阵的
6.如权利要求3所述的基于圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构的二维DOA和极化参数估计方法，其特征在于，步骤三根据接收信号模型构建一个四阶累积量矩阵第(i,j)个元素为：
7.如权利要求3所述的基于圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构的二维DOA和极化参数估计方法，其特征在于，步骤四对累积量矩阵Cx进行特征值分解，有
8.一种用于空中交通监控的系统，其特征在于，包括：
9.一种用于海洋环境监测的系统，其特征在于，包括：
10.一种用于高精度二维方向到达和极化参数估计的系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构，其特征在于，由多个双平行稀疏线阵组成，每个双平行稀疏线阵包含有两个稀疏线阵；第一个稀疏线阵由n-1个阵元组成，阵元间距为md；第二个稀疏线阵包含有m个阵元，阵元间距为(n+m)d，式中，d＝0.5λ为单位间距，λ为信号波长；n和m为一对互质整数，且有n＞m＞2。
2.如权利要求1所述的圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构，其特征在于，假定双平行稀疏线阵的个数为i，则整个阵列的阵元数目为(n+m-1)i，阵元位置为式中
3.一种基于权利要求1～2任一项所述圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构的二维doa和极化参数估计方法，其特征在于，所述参数估计方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的基于圆柱移位扩展互质共形阵列天线结构的二维doa和极化参数估计方法，其特征在于，步骤一设置一个圆柱移位扩展互质共形阵列，整个阵列...
【专利技术属性】
技术研发人员：符茗铖，郑植，王文钦，王成，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。