基于虚拟同心圆环阵列的参数估计方法

摘要

基于虚拟同心圆环阵列的参数估计方法，接收阵列由分布在两段同心圆弧上的偶数个实际阵元组成，同心圆弧包括分别位于坐标原点的异侧且不互相重叠的内圆弧和外圆弧，内圆弧的端点与距其较远的外圆弧的端点间的连线穿过坐标原点，坐标原点处设置参考阵元；内圆弧和外圆弧上相互对应的实际阵元的连线穿过坐标原点；参数估计方法包括以下步骤：测量实际阵元与参考阵元的测量相位差；求出虚拟阵元与参考阵元的测量相位差；求出入射信号的虚拟短基线理论相位差；利用虚拟短基线理论相位差确定长基线理论相位差的相位模糊倍数；根据相位模糊倍数求出长基线精确估计相位差，根据入射信号在长基线上的精确估计相位差得到入射信号的二维到达角的估计值。

主权项

基于虚拟同心圆环阵列的参数估计方法，接收阵列接收K个互不相关的入射信号；其特征在于：所述接收阵列由平均分布在两段同心圆弧上的N个实际阵元组成，N为偶数，所述同心圆弧包括半径为R₁的内圆弧和半径为R₂的外圆弧，其中R₁＞＞0.5λ_mi，R₂＞＞0.5λ_min，R₂‑R₁≤0.5λ_min，内圆弧和外圆弧的圆心角相同，所述内圆弧和外圆弧分别位于坐标原点的异侧且不互相重叠，内圆弧的端点与距其较远的外圆弧的端点间的连线穿过坐标原点，坐标原点处设置参考阵元；在内圆弧上的每一实际阵元在外圆弧上都有一个相对应的实际阵元，所述内圆弧和外圆弧上相互对应的实际阵元的连线穿过坐标原点；所述参数估计方法包括以下步骤：步骤1、测量每个实际阵元与参考阵元的测量相位差步骤2、虚拟出位于内圆弧上的实际阵元和位于外圆弧上的实际阵元分别以坐标原点为对称中心对称布置的虚拟阵元，求出虚拟阵元与参考阵元的测量相位差${\hat{\Phi }}_{{0n}^{\prime }}=-{\hat{\Phi }}_{0n};$步骤3、求出入射信号的虚拟短基线理论相位差Φ_s(n,k)；虚拟短基线理论相位差Φ_s(n,k)和虚拟短基线测量相位差相等，即${\Phi }_s(n,k)={\hat{\Phi }}_s(n,k)=\left\{\begin{array}{cc}\{{\hat{\Phi }}_o(l_1,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\},& \{{\hat{\Phi }}_o(l_1,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}\in [-\pi ,\pi ]\\ \{{\hat{\Phi }}_o(l_1,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}-2\pi ,& \{{\hat{\Phi }}_o(l_1,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}>\pi \\ \{{\hat{\Phi }}_o(l_1,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}+2\pi ,& \{{\hat{\Phi }}_o(l_1,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}<-\pi \end{array}\right.$为入射信号在外圆弧的第l₁个阵元与参考阵元的测量相位差，为入射信号在内圆弧的第l₂个阵元与参考阵元的测量相位差，此时l₁、l₂位于参考阵元同侧且在一条直径上，N’＝N；步骤4、利用虚拟短基线理论相位差Φ_s(n,k)确定长基线理论相位差Φ_a(n,k)的相位模糊倍数p(n,k)；长基线测量相位差为：${\hat{\Phi }}_a(n,k)=\left\{\begin{array}{cc}\{{\hat{\Phi }}_o(l_3,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\},& \{{\hat{\Phi }}_o(l_3,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}\in [-\pi ,\pi ]\\ \{{\hat{\Phi }}_o(l_3,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}-2\pi ,& \{{\hat{\Phi }}_o(l_3,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}>\pi \\ \{{\hat{\Phi }}_o(l_3,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}+2\pi ,& \{{\hat{\Phi }}_o(l_3,k)-{\hat{\Phi }}_i(l_2,k)\}<-\pi \end{array}\right.$为入射信号在外圆弧的第l₃个阵元与参考阵元的测量相位差，此时l₂、l₃位于参考阵元异侧且在一条直径上；长基线测量相位差与长基线理论相位差Φ_a(n,k)间的关系满足：${\hat{\Phi }}_a(n,k)={\Phi }_a(n,k)-2p(n,k)\pi ;$由虚拟短基线理论相位差公式和长基线理论相位差公式得：${\Phi }_a(n,k)={\Phi }_s(n,k)\frac{(R_2+R_1)}{(R_2-R_1)},$其中，θ_k为第k个入射信号的俯仰角，φ_k为第k个入射信号的方位角，为第n阵元的位置角坐标，λ为入射信号的波长；根据步骤3得到的虚拟短基线理论相位差Φ_s(n,k)可以确定长基线理论相位差Φ_a(n,k)的相位模糊倍数p(n,k)；步骤5、根据步骤4中的相位模糊倍数p(n,k)求出长基线精确估计相位差根据入射信号在长基线上的精确估计相位差Φ_ae(n,k)得到入射信号的二维到达角(θ_k,φ_k)的估计值由得到$\left[\begin{array}{c}{\Gamma }_1\\ {\Gamma }_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\sin {\hat{\theta }}_k& \cos {\hat{\phi }}_k\\ \sin {\hat{\theta }}_k& \sin {\hat{\phi }}_k\end{array}\right]$二维到达角的估计值为：${\hat{\theta }}_k=\arcsin \left(\sqrt{{\Gamma }_1^2+{\Gamma }_2^2}\right),$${\hat{\phi }}_k=\arctan \left(\frac{{\Gamma }_2}{{\Gamma }_1}\right),{\Gamma }_1\ge 0,$${\hat{\phi }}_k=\pi +\arctan \left(\frac{{\Gamma }_2}{{\Gamma }_1}\right),{\Gamma }_1<0$前述步骤中的k＝1,…,K，n＝1,…,N，n’＝1’,…,N’。