【摘要】：極化敏感陣列信號處理相比標(biāo)量天線增加了極化參數(shù)估計維度,通過同時利用入射信號的空域和極化域信息,提升了陣列信號處理的輸出性能(包括參數(shù)估計),所以越來越多地受到陣列信號處理領(lǐng)域研究人員的關(guān)注。傳統(tǒng)的聯(lián)合極化—空域譜估計方法利用極化—空域的旋轉(zhuǎn)不變性求解波達方向(俯仰角、方位角)和極化狀態(tài)(輔極化角、極化相位差)。然而實際中存在著幅相誤差,造成旋轉(zhuǎn)不變性難以滿足,導(dǎo)致參數(shù)估計性能下降甚至完全失效。針對此問題,考慮采用壓縮感知在降低硬件復(fù)雜度和算法復(fù)雜度的同時,提高極化敏感陣列在幅相誤差情況下參數(shù)估計性能。為此,本文展開了基于完備電磁矢量傳感器和三正交偶極子陣列的利用壓縮感知提升極化敏感陣列參數(shù)估計性能的研究。針對完備電磁矢量傳感器參數(shù)估計精度不佳的問題,提出一種基于完備電磁矢量和磁場Z軸極化方向平面陣的聯(lián)合極化—空域VS-OMP(Vector-Sensor Orthogonal Matching Pursuit)壓縮感知譜估計方法。首先,對位于坐標(biāo)軸原點的完備電磁矢量傳感器接收的信號,利用時移不變性粗估波達方向和極化狀態(tài);其次,以粗估波達方向為中心、給定誤差范圍為半徑建立平面陣的空域局部拼接字典;然后,通過正交匹配跟蹤方法實現(xiàn)波達方向精估計。仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性,并且體現(xiàn)了該方法對單信源情形下性能接近于旋轉(zhuǎn)不變子空間(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)方法,但在強弱多信源下,ESPRIT方法和VS-OMP方法估計精度都不高。針對存在強弱信號并存和存在幅相誤差的情況,提出一種基于三正交偶極子陣列的強弱信號分離的穩(wěn)健壓縮感知參數(shù)估計方法,首先,對三正交偶極子陣列接收的三個電場分量,通過OMP方法實現(xiàn)X、Y、Z三組偶極子陣列的波達方向估計,數(shù)值平均這三組估計結(jié)果;其次,采用保形調(diào)零方法實現(xiàn)對弱信號的增強和強信號的抑制,并且避免了對極化信息的污染,最后,對歸一化的電場矢量解算出強弱目標(biāo)的極化狀態(tài)。仿真結(jié)果表明與傳統(tǒng)方法相比,所提方法在存在幅相誤差時提升了極化—空域參數(shù)估計性能,在有相干源情況下,無需額外處理即可實現(xiàn)相干源的參數(shù)估計�？傮w而言,相比基于ESPRIT的傳統(tǒng)聯(lián)合極化—空域譜估計方法,在相干源和存在幅相誤差的情形下利用壓縮感知方法可以提高極化敏感陣列參數(shù)估計性能。
[Abstract]:Compared with scalar antennas, polarization-sensitive array signal processing increases the dimension of polarization parameter estimation, and improves the output performance of array signal processing (including parameter estimation) by using the spatial and polarization domain information of incident signal simultaneously. So more and more researchers in the field of array signal processing pay more and more attention. The traditional joint polarization-spatial domain spectral estimation method uses the rotation invariance of polarization-spatial domain to solve the direction of arrival (pitch angle, azimuth) and polarization state (auxiliary polarization angle, polarization phase difference). However, there are amplitude and phase errors in practice, which result in the rotation invariance is difficult to satisfy, and the performance of parameter estimation is degraded or even completely invalid. To solve this problem, compression sensing is considered to reduce the complexity of hardware and algorithm and to improve the performance of parameter estimation of polarization-sensitive arrays in the case of amplitude-phase error. Therefore, based on complete electromagnetic vector sensor and tri-orthogonal dipole array, the parameter estimation performance of polarization-sensitive array based on compression sensing is studied. Aiming at the problem of poor precision of parameter estimation of complete electromagnetic vector sensor, a joint polarization-spatial domain VS-OMP (Vector-Sensor Orthogonal Matching Pursuit) compressed sensing spectrum estimation method) based on complete electromagnetic vector and Z-axis polarization direction plane array of magnetic field is proposed. Firstly, the time shift invariance is used to estimate the direction of arrival (DOA) and polarization state of the signals received by the complete electromagnetic vector sensor at the origin of the coordinate axis. Secondly, taking the direction of arrival as the center and the given error range as the radius, the spatial local splicing dictionary of the plane array is established, and then the precise estimation of the direction of arrival is realized by the orthogonal matching tracking method. The simulation results verify the effectiveness of the proposed method, and show that the performance of the method is close to that of the rotating invariant subspace (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT method in the case of single source, but in the case of strong or weak multi-source, the performance of the proposed method is similar to that of the rotation-invariant subspace method. The estimation accuracy of ESPRIT method and VS-OMP method are not high. In view of the coexistence of strong and weak signals and the existence of amplitude and phase errors, a robust compression sensing parameter estimation method based on the separation of strong and weak signals based on three orthogonal dipole arrays is proposed. For the three electric field components received by the triorthogonal dipole array, the direction of arrival (DOA) estimation of the three sets of dipole arrays is realized by using the OMP method, and the numerical average of these three sets of estimation results are obtained. Secondly, the enhancement of weak signal and the suppression of strong signal are realized by the method of shape preserving zero adjustment, and the pollution of polarization information is avoided. Finally, the polarization state of strong and weak target is calculated by solving the normalized electric field vector solution. The simulation results show that the proposed method improves the performance of polarization-spatial parameter estimation in the presence of amplitude-phase errors. In the case of coherent sources, the parameter estimation of coherent sources can be realized without additional processing. In general, compared with the traditional joint polarization-spatial spectral estimation method based on ESPRIT, the performance of polarization-sensitive array parameter estimation can be improved by using compressed sensing method in the case of coherent source and amplitude and phase error.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.7

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本文編號：2385403