矢量傳感器陣列的信號(hào)DOA和極化參數(shù)估計(jì)算法研究.pdf

1、電磁波的極化信息是信號(hào)處理領(lǐng)域方面一個(gè)非常重要的信號(hào)參數(shù)特征信息。矢量傳感器能夠以矢量的方式觀測(cè)信號(hào)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的信息，由它所構(gòu)成的陣列根據(jù)其內(nèi)部陣元極化選擇匹配特性的多元化可以提取到信號(hào)更為細(xì)致的微觀結(jié)構(gòu)信息。因此，矢量傳感器陣列在雷達(dá)、通信、地震勘探、射電天文和醫(yī)學(xué)影像等現(xiàn)代高科技領(lǐng)域有極為廣泛的應(yīng)用前景，引起了眾多學(xué)者對(duì)其的研究熱潮。對(duì)電磁波極化信息的提取和合理利用，能夠提高雷達(dá)對(duì)誘餌的識(shí)別能力，有利于提升雷達(dá)通信系統(tǒng)的整體性能。本

2、文就信號(hào)的波達(dá)方向和極化參數(shù)聯(lián)合估計(jì)方面進(jìn)行研究，主要完成了以下工作內(nèi)容：
　　第一部分，研究了電磁波的極化和矢量傳感器構(gòu)型的基礎(chǔ)理論知識(shí)。首先研究了電磁波極化的數(shù)學(xué)表示，就其數(shù)學(xué)特征將電磁波分為完全極化和部分極化電磁波，并研究了它們之間的內(nèi)在聯(lián)系；其次介紹了矢量傳感器陣列的空間模型和數(shù)學(xué)表示，并對(duì)其進(jìn)行分類；最后就本文研究重點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行假設(shè)，完整建立起矢量傳感器陣列的信號(hào)接收模型并推導(dǎo)了信號(hào)參數(shù)估計(jì)的克拉美羅下界值，說明其相比于

3、標(biāo)量陣列的優(yōu)越性。
　　第二部分，研究了完整電磁矢量傳感器的陣列接收模型以及信號(hào)DOA和極化參數(shù)估計(jì)算法。首先，構(gòu)建了完整六維共點(diǎn)矢量傳感器的信號(hào)接收模型，運(yùn)用時(shí)間ESPRIT算法得出信號(hào)的頻率和信號(hào)導(dǎo)向矢量矩陣，結(jié)合電磁矢量傳感器特有的矢量叉乘關(guān)系得出信號(hào)的DOA和極化參數(shù)信息；其次，為了得到更高精度的信號(hào)DOA信息，減小矢量陣元之間互耦影響，構(gòu)建了分離式電磁矢量傳感器的陣列模型，利用相位干涉儀測(cè)向方法得出周期性模糊高精度方向余

4、弦，同時(shí)由矢量叉乘方法得到的信號(hào)DOA粗估計(jì)值和極化狀態(tài)角信息，利用解模糊算法得出信號(hào)的高精度DOA信息；最后用MATLAB軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩種陣型極化測(cè)向方法的有效性。
　　第三部分，研究了L型殘缺矢量傳感器陣列DOA和極化參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法。首先，構(gòu)建兩種L型陣列模型，一種由電偶極子和小磁環(huán)組成的非均勻L型稀疏陣列，另一種僅由電偶極子構(gòu)成的改進(jìn)L型均勻稀疏矢量傳感器陣列，利用ESPRIT算法、極化分集接收理論和相位干涉儀測(cè)