1.一种未知极化参数的自适应单脉冲测向方法,其特征在于,假设阵元个数为M,偶极子个数为2M,快拍数为N;角度θ为方位角,角度 为俯仰角,阵列波束指向方向为 极jη T化辅助角为γ,极化相位差为η,极化向量为h(γ,η)=[cosγ,e sinγ] ;阵列的空域导向向量为 水平通道的导向向量为 垂直通道的导向向量为该方法具体包括以下步骤:
步骤1、确定阵列的波束指向方向θ0, 并构造出该方向上的空域矩阵 空域矩阵的定义如下上式中, 为阵列的空域导向向量,表示复数域,标量阵列即全向天线阵列情况下的导向向量,定义如下式(1.2)中,[·]m表示向量的第m个元素,φm为第m个阵元的方位角,R为圆柱半径,λ为入射信号的波长,矩阵βh和βv分别表示水平通道偶极子的摆放模式和垂直通道偶极子的摆放模式,定义如下:上式中,αm表示切面方向的第m个电偶极子与x轴的夹角,令矩阵而水平通道导向向量和垂直通道导向向量为步骤2、构造出空域矩阵在波束指向方向处,对于方位角和俯仰角的一阶偏导数及二阶偏导数,包括 和 一阶偏导数的定义如下
上式中
而二阶偏导数的定义如下
上式中,空域导向向量 的二阶偏导数为而矩阵∈的二阶偏导数为
步骤3、若考虑干扰叠加噪声的多快拍信号为Xj=[xj(1),xj(2),…,xj(N)] (1.12)上式中, 表示阵列接收的一个快拍数据,xj=j+n (1.13)xj并不包含希望信号,式中j为干扰向量,n为噪声向量,利用干扰叠加噪声的数据矩阵Xj,我们可以计算出干扰叠加噪声的协方差矩阵的估计值其中,xj是水平和垂直通道的联合数据,即 xh和xv分别为水水平通道和垂直通道的干扰叠加噪声数据,且有步骤4、设期望信号的复振幅为bs,并且令es=h(γs,ηs)bs (1.15)γs,ηs分别表示极化辅助角和极化相位差;
那么含有期望信号的阵列数据 可以写为若噪声n满足独立同分布的0均值高斯白噪声,那么数据x的联合概率密度函数可以写为上式中,det(·)表示矩阵的行列式,这里矩阵Q一定是满秩的,As(θs)表示 取对数似然函数 并去掉与参数无关的常数项,得到首先对上式中的es求偏导数得到其最大似然估计量将上式代入式(1.18)得到 取负数 并去掉与参数无关的常数项得到关于期望信号入射角度θs的函数
将上式定义为自适应和波束,由于矩阵 是一个Hermit矩阵,可对其求矩阵的平方根,因此,自适应和波束权矩阵定义为利用波束指向方向的矩阵 和干扰叠加噪声的协方差矩阵Q得到自适应权矩阵W;
步骤5、利用空域矩阵的一二阶偏导数,得到自适应权矩阵关于方位角和俯仰角的一二阶偏导数,包括 和其中,一阶偏导数定义如下
然后设
Wθ=Dθ‑Wμθ (1.23)同理可以得到权矩阵关于俯仰角的一阶偏导数二阶偏导数的定义如下
上式中,
同理可以得到 以及
H H
步骤6、构造出对数似然函数F=lnxWWx,然后求其一阶偏导数同理得到对数似然函数关于俯仰角的一阶偏导数进一步计算出对数似然函数的二阶偏导数然后利用式(1.30)‑(1.34)构造出对数似然函数F的雅可比矩阵以及海森矩阵
步骤7、利用牛顿迭代公式,
求得期望信号的估计结果
步骤8、利用式(1.19),得到es的估计值然后构造出极化相干矩阵
其中,E{·}表示求数学期望;
步骤9、将极化相干矩阵记为
然后对其做特征分解,特征向量为ξ1和ξ2,其分别对应的特征值满足λ1≥λ2 (1.41)极化相干矩阵的大特征值对应的特征向量即可作为极化向量的估计量利用
其中,表示h第一个元素的估计值,即特征向量ξ1的第一个元素; 表示h第二个元素的估计值,特征向量ξ1的第二个元素;
可以得到两个极化参数的估计量
。
2.根据权利要求1所述的未知极化参数的自适应单脉冲测向方法,其特征在于,从所述式(1.42)的形式中可以看出,当γ趋近于0时,垂直通道h2≈0,这导致了极化相位差η被湮没,此时无法得到其准确的估计值;当γ趋近于π/2时,水平通道h1≈0,极化通道的相位差exp(jη)与期望信号的复振幅发生混叠,在未知期望信号复振幅的情况下,无法将其从中分离出来;因此在这两种特殊情况下,无法正确的估计出极化相位差η。
3.根据权利要求2所述的未知极化参数的自适应单脉冲测向方法,其特征在于,所述阵列为极化敏感圆柱面阵列,圆柱半径R=1m,入射信号均为窄带信号,频率均为300MHz,阵元个数M=9,共2M个电偶极子,阵列波束指向方向 期望信号入射方向为快拍数N=200。