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    广西11选5开奖最快结果: 双L型拉伸正交电偶对阵列的多参数联合估计四元数方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    广西11选5大小走势图 www.fnjpv.tw CN201510213343.0

    申请日:

    2015.04.29

    公开号:

    CN104933290A

    公开日:

    2015.09.23

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 19/00申请日:20150429|||公开
    IPC分类号: G06F19/00(2011.01)I 主分类号: G06F19/00
    申请人: 陕西理工学院
    发明人: 王桂宝
    地址: 723000陕西省汉中市汉台区东关正街505号
    优先权:
    专利代理机构: 广东秉德律师事务所44291 代理人: 杨焕军
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510213343.0

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.11.21|||2015.10.21|||2015.09.23

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    双L型电磁矢量传感器阵列的多参数联合估计方法,阵列接收K个完全极化单位功率电磁波入射信号,对电磁矢量传感器阵列的接收数据进行两次采样;将两组采样数据分别按照同阵元的x轴方向电偶极子和y轴方向电偶极子叠加构成全阵列接收四元数数据;计算全阵列接收四元数数据的自相关矩阵并进行四元数特征分解,得到阵列导向矢量的估计值、延时后的阵列导向矢量估计值和全数据阵列导向矢量估计值;利用平移不变关系得到第k个入射信号的x轴方向和y轴方向的方向余弦估计值,得到二维到达角的估计值;根据子阵的阵列导向矢量间的旋转不变关系得到辅助极化角估计值和极化相位差估计值。本发明方法能够更好地保持四元数矢量特性,具有更小的耦合误差。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  双L型电磁矢量传感器阵列的多参数联合估计四元数方法,其特征在于:
    所述电磁矢量传感器阵列由N个等间隔布置于x轴上的阵元和N个等间隔布置于y轴上的阵元构成,坐标原点上的阵元两轴共用,阵元数量为2N-1个,x轴上阵元间的间距为dx,y轴上阵元间的间距为dy,所述阵元为一对沿z轴拉伸分离的正交电偶极子,将平行于x轴方向的电偶极子相对阵元中心向上移dz,将平行于y轴方向的电偶极子相对阵元中心向下移dz,阵元中心所在平面的坐标原点为o,x轴方向电偶极子子阵的坐标原点为o’,y轴方向电偶极子子阵的坐标原点为o”,其中,dx<λmin/2,dy<λmin/2,2dz<λmin/2,λmin为入射信号的最小波长;
    多参数联合估计方法的步骤如下:阵列接收K个完全极化、互不相关的横电磁波入射信号,
    步骤一、对电磁矢量传感器阵列的接收数据进行M次采样得到第一组采样数据X1,延时ΔT后对电磁矢量传感器阵列的接收数据同步样采样M次得到第二组采样数据X2;X1和X2均为(4N-2)×M的矩阵,矩阵中的前(2N-1)×M个元素为y轴方向电偶极子的接收数据,后(2N-1)×M个元素为x轴方向电偶极子的接收数据;
    步骤二、将两组采样数据分别按照同阵元的x轴方向电偶极子和y轴方向电偶极子的接收数据叠加构成全阵列接收四元数数据Z;
    第k个完全极化单位功率电磁波信号入射到第n个阵元上,该阵元的x轴方向电偶极子的接收数据x'k(n)=ekxqxqn(θk,φk)+nex(n),y轴方向电偶极子的接收数据y'k(n)=ekyqyqn(θk,φk)+ney(n),其中,ekx是坐标系oxy的坐标原点o处x轴方向电偶极子接收的x轴方向的电场,qx是坐标系o'x'y'中x轴方向电偶极子相对于其阵元中心的相位差,qn(θk,φk)为第n个阵元的阵元中心相对于坐标系oxy的坐标原点o的相位差,nex(n)为第n个阵元的x轴方向电偶极子接收的噪声,eky是坐标原点o处y轴方向电偶极子接收的y轴方向的电场,qy是坐标系o”x”y”中y轴方向电偶极子相对于其阵元中心的相位差,ney(n)为第n个阵元的y轴方向 电偶极子接收的噪声,θk为第k个入射信号的俯仰角,φk为第k个入射信号的方位角,γk为第k个入射信号的辅助极化角,ηk为第k个入射信号的极化相位差;
    将第n个阵元的x轴方向电偶极子的接收数据x'k(n)和y轴方向电偶极子的接收数据y'k(n)叠加得到该阵元的四元数数据式中的c1k(n)=(ekx(n)+i~eky(n))=(ekxqx+i~ekyqy)qn(θk,φk)]]>为第n个阵元的x轴方向和y轴方向电偶极子接收的电场的四元数表示,N1n是第n个阵元接收的噪声的四元数表示;
    每个阵元的接收数据都按照以上方式构成四元数数据,则第一组采样数据的四元数数据矩阵为:Z1=A1S+N1,式中的
    A1=[a1(θ1,φ1,γ1,η1),…,a1(θk,φk,γk,ηk),…,a1(θK,φK,γK,ηK)]为阵列导向矢量,
    q(θk,φk)为整个阵列相位中心的空域导向矢量,N1是第一组采样数据的噪声的四元数表示,S为K个互不相关信号构成幅度矩阵;
    第二组采样数据四元数数据矩阵:Z2=A2S+N2,式中的N2是第二组采样数据中噪声的四元数表示,A2是延时ΔT后的阵列导向矢量,A2=A1Φ,Φ为时延矩阵;
    第一组采样数据和第二组采样数据的四元数数据构成全阵列接收四元数数据Z:
    Z=Z1Z2=A1A2S+N=AS+N;]]>
    其中,N=N1N2]]>是全阵列四元数噪声,A=A1A2]]>是全阵列导向矢量;
    步骤三、计算全阵列接收四元数数据Z的自相关矩阵Rz,对自相关矩阵进行四元数特征分解,得到阵列导向矢量的估计值延时ΔT后的阵列导向矢量估计值和全数据阵列导向矢量估计值
    Rz=1MZZH=ARsAH+σ2I;]]>
    其中,(·)H表示转置复共轭操作,A为全数据阵列导向矢量,Rs为入射信号的自相关函数,对Rz进行四元数矩阵特征分解得到信号子空间Es,根据子空间原理,存在K×K的非奇异矩阵T,Es=AT,取Es的前2N-1行元素组成矩阵E1,取后2N-1行元素组成矩阵E2,由信号子空间的定义,E1=A1T,E2=A2T=A1ΦT,则是矩阵E1的伪逆矩阵,I为单位阵;
    对矩阵进行四元数特征分解,K个大特征值构成延时矩阵Φ的估计值其对应的特征矢量构成非奇异矩阵T的估计值从而得到阵列导向矢量的估计值延时ΔT后的阵列导向矢量估计值及全数据阵列导向矢量估计值
    步骤四、由阵列导向矢量估计值得到阵列空域导向矢量估计值分别利用x轴和y轴上的空域导向矢量矩阵估计值,根据平移不变关系得到第k个入射信号的x轴方向和y轴方向的方向余弦估计值,从而得到第k个入射信号的二维到达角的估计值;
    阵列空域导向矢量估计值q^(θk,φk)=A^1(:,k)A^1(1,k)=[1,q^kxT,q^kyT]T,]]>
    其中,表示的第k列,表示第k列的第一个元素,是x轴方向的子阵空域导向矢量的估计值,是y轴方向的子阵空域导向矢量的估计值;
    K个信号x轴上的空域导向矢量估计值构成的矩阵为Qx=[q'1x,…,q'kx,…,q'Kx],K个信号y轴上的空域导向矢量估计值构成的矩阵为Qy=[q'1y,…,q'ky,…,q'Ky],坐标原点及x轴上的N-1个阵元的空间相位因子构成x轴上的空域导向矢量估计值坐标原点及y轴上的N-1个阵元的空间相位因子构成y轴上的空域导向矢量估计值Qx的前N-1行元素构成Qx1,Qx的后N-1行元素构成Qx2,Qy的前N-1行元素构成Qy1,Qy的后N- 1行元素构成Qy2,根据Qx2=Qx1Φx和Qy2=Qy1ΦyQy2=Qy1Φy以及Φx=diag([ej~2πλ1sinθ^1cosφ^1,...,ej~2πλksinθ^kcosφ^k,...,ej~2πλksinθ^kcosφ^K])]]>Φy=diag([ej~2πλ1sinθ^1sinφ^1,...,ej~2πλksinθ^ksinφ^k,...,ej~2πλksinθ^ksinφ^K]),]]>得到第k个入射信号的x轴方向的方向余弦估计值和y轴方向的方向余弦估计值
    α^k=sinθ^kcosφ^k=λk2πarg(Φx(k,k)),]]>
    β^k=sinθ^ksinφ^k=λk2πarg(Φy(k,k));]]>
    其中,λk是第k个入射信号波长,Φx(k,k)表示矩阵Φx的第k行第k列的元素,Φy(k,k)表示矩阵Φy的第k行第k列的元素;
    根据方向余弦估计值得到第k个入射信号的方位角估计值和俯仰角估计值
    φ^k=arctan(β^kα^k),α^k&GreaterEqual;0φ^k=π+arctan(β^kα^k),α^k<0θ^k=arcsin(α^k2+β^k2);]]>
    步骤五、由阵列导向矢量估计值重构x轴方向的电偶极子子阵导向矢量估计值和y轴方向的电偶极子子阵导向矢量估计值得到阵元中心处的x轴方向电偶极子子阵的阵列导向矢量估计值和阵元中心处的y轴方向电偶极子子阵的阵列导向矢量估计值根据子阵的阵列导向矢量间的旋转不变关系得到辅助极化角估计值和极化相位差估计值
    阵列导向矢量估计值A^1=A^10+A^11i~+A^12j~+A~13k~,]]>是的实部,是的三个虚部,阵列导向矢量估计值重构x轴方向的电偶极子子阵导向矢量估计值和y轴方向的电偶极子子阵导向矢量估计值阵元中心处的x轴方向电偶极子子阵的阵列导向矢量估计值A=ex=A^exΦz,]]>其中Φz=diag([e-j~2πλ1dzcosθ^1,...,e-j~2πλkdzcosθ^k,...,e-j~2πλKdzcosθ^K]),]]>阵元中心处的y轴方向的电偶极子子阵的阵列导向矢量估计值为和间的旋转不变关系为A=ex=A=eyΩ^2,]]>Ω^2=diag([D^1,...,D^k,...,D^K])=A=ey#A=ex,]]>其中,D^k=cosθ^kcosφ^ktanγ^kej~η^k-sinφ^k(cosθ^ksinφ^ktanγ^kej~η^k+cosφ^k),]]>A=ey#=(A=eyHA=ey)-1A=eyH,]]>由可得到tanγ^kej~η^k=D^kcosφ^k+sinφ^kcosθ^k(cosφ^k-D^ksinφ^k),]]>D&OverBar;k=D^kcosφ^k+sinφ^kcosθ^k(cosφ^k-D^ksinφ^k),]]>则辅助极化角估计值和极化相位差估计值分别为:
    γ^k=tan-1(|D&OverBar;k|),]]>
    η^k=arg(D&OverBar;k);]]>
    前述步骤中的k=1,…,K,n=1,…,2N-1,为四元数的虚数单位。

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    拉伸 交电 阵列 参数 联合 估计 四元数 方法
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