【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于相控阵天线，具体涉及一种基于无源液晶微波相控阵天线改进music算法的方法。
技术介绍
1、相控阵天线是一种实现波束形成和相位控制的天线系统，在卫星组网、移动通信、无线电定位、民用雷达等场景中具有广泛的应用前景。现有的相控阵天线采用机械装置偏转扫描，体积笨重、结构复杂、机械惯性大、方向性差等一些列不足限制了其发展。有源相控阵可以通过电子调制和数字信号处理等技术来实现波束形成和指向控制，具有精度高、速度快、灵活性高等特点，但其寿命较短、外形复杂、成本高昂且系统设计难度大。与之相对应的无源液晶微波相控阵天线不但具有有源相控阵的一系列优点，而且其抗干扰能力强、尺寸小、重量轻、功耗低且重构能力强。无源液晶微波相控阵天线由于其移相单元可独立电控的优势在近年来受到了越来越多的关注，其中无源液晶微波相控阵天线的到达角估计算法是一项重要的研究内容。
2、到达角估计算法是一种用于阵列信号处理的技术，将传感器收集的信号信息，通过分析相位、幅度或时间延迟等特征来推断信号的到达角度或来自不同方向的信号成分。有源相控阵天线每个阵元都有一个t/r组件，因此阵元的幅相信息可直接获取，但对于无源液晶微波相控阵天线，所有阵元信号通过功分系统汇聚到同一个波导端口，给后续的信号处理带来了挑战。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于无源液晶微波相控阵天线改进music(multiple signal classification)算法的方法，通过改进传统music算法，
2、本专利技术采用的技术方案为：一种基于无源液晶微波相控阵天线改进music算法的方法，具体步骤如下：
3、s1、预设无源液晶微波相控阵天线的各个参数，构建无源液晶微波相控阵天线模型；
4、预设的天线参数包括：天线阵元数目m，信源个数k，阵元间距d，中心频率f0，快拍数samp，信噪比snr，远场信号以θk角度入射。
5、第k个入射信号表示为
6、其中，t表示第t时刻，pk表示复包络，θk表示第k个信号的入射角度。
7、s2、基于步骤s1构建的无源液晶微波相控阵天线模型，推导出无源液晶微波相控阵天线第m个阵元接收到的信号；
8、以第一个阵元为参考阵元，则第k个信号第m个阵元相对于参考阵元的时延差τm，k表达式如下：
9、
10、其中，c表示光速。则液晶微波相控阵天线第m个阵元在施加信噪比为snr的噪声后，接收到的信号表达式如下：
11、
12、其中，λ表示入射波的波长，nm(t)表示第m个阵元的噪声信息。
13、s3、把无源液晶微波相控阵天线第m个阵元接收到的信号表示成矩阵形式并推导出导向矢量矩阵a(θ)；
14、根据第k个信号输入的电磁波信号以及第m个阵元的幅相信息则阵元接收信号表示成矩阵形式为：
15、
16、则阵元接收信号矩阵表示成矢量相乘形式为：
17、x(t)＝a(θ)s(t)+n(t)
18、其中，表示阵元接收矩阵，表示导向矢量矩阵，且表示源信号矩阵，表示噪声矩阵。
19、s4、根据无源液晶微波相控阵天线各个阵元独立可控的特点，构造移相因子矩阵
20、第m个阵元第n次的移相量为第m个阵元接收信号与移相器的移相量矢量叠加得到功分波导端口总幅相信号即写成矩阵形式为：
21、
22、其中，n表示加载移相信息的次数，n表示加载移相信息的总次数，且n≥m，表示第n次第m个阵元上的移相因子。
23、则移相因子矩阵表达式如下：
24、
25、s5、推导出无源液晶微波相控阵天线阵元信号与功分波导端口信号的关系为等式两侧同乘以移相因子的共轭转置矩阵得到化简得第m个阵元的接收信号为令则
26、其中，()h表示共轭转置操作。
27、s6、根据现有music算法协方差矩阵推导出plcpa-music算法协方差矩阵；
28、plcpa-music算法协方差矩阵表达式如下：
29、
30、其中，samp表示快拍数，表示矩阵的厄尔米特矩阵。
31、s7、求解无源液晶微波相控阵天线各阵元协方差矩阵rpx的特征值和特征向量，并得到信号子空间eps和噪声子空间epn；
32、其中，把特征值按照从大到小的顺序排序得到λ1≥λ2≥…λk≥λk+1＝....＝λm；前k个特征值对应入射信号的特征值，对应的特征向量为信号子空间记为eps；后面m-k个特征值对应噪声的特征值，其对应的特征向量为噪声子空间epn。
33、s8、把步骤s3所述的导向矢量矩阵a(θ)与步骤s7所述的噪声子空间epn带入谱峰搜索函数，进行谱峰搜索，得到无源液晶微波相控阵天线到达角度；
34、其中，谱峰搜索函数表达式如下：
35、
36、进一步地，所述步骤s4中的移相因子矩阵可重构，取决于无源液晶微波相控阵天线移相器的移相量。
37、本专利技术的有益效果：本专利技术的方法首先基于无源液晶微波相控阵天线各阵元移相器独立可控的特点，生成移相因子矩阵，推导出无源液晶微波相控阵天线各阵元的协方差矩阵计算公式，求出无源液晶微波相控阵天线协方差矩阵的特征值和特征向量，来构造噪声子空间和信号子空间，从而对角度进行谱峰搜索，实现无源液晶微波相控阵天线的到达角估计。本专利技术的方法为低成本、低功耗的无源液晶微波相控阵天线的到达角估计提供了一种精确、快速的估计算法。
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1.一种基于无源液晶微波相控阵天线改进MUSIC算法的方法，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于无源液晶微波相控阵天线改进MUSIC算法的方法，其特征在于，所述步骤S4中的移相因子矩阵可重构，取决于无源液晶微波相控阵天线移相器的移相量。
【技术特征摘要】
1.一种基于无源液晶微波相控阵天线改进music算法的方法，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于无源液晶微...
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