阅读说明：本技术 一种基于esprit算法的分离式长电偶极子的角度估计方法 (Angle estimation method of separated long electric dipole based on ESPRIT algorithm ) 是由 宋玉伟 胡国平 张帅 郑桂妹 于 2020-04-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于ESPRIT算法的分离式长电偶极子的角度估计方法,包含以下步骤：A、建立信号模型；B、利用ESPRIT得到y轴方向高精度估计值；C、利用x轴方向的两个相同的极化阵元比值,得到x轴方向高精度估计值；D、利用高精度估计模糊值来补偿三个阵元的空间相移因子从而得到三正交同心的导向矢量,进而计算得到方位和俯仰的粗估计值；E、将粗估计值和精估计值拟合,寻找最小的误差值既可得到真实的估计值,本发明具有以下优点：(1)无需提前知道角度或者极化的先验知识。(2)分离式互耦影响小。(3)分离式阵列结构可以任意。(4)阵元间距远大于半波长,即孔径大估计精度高。(5)无需搜索,计算量小。(The invention discloses an angle estimation method of a separated long electric dipole based on an ESPRIT algorithm, which comprises the following steps: A. establishing a signal model; B. obtaining a high-precision estimated value in the y-axis direction by utilizing ESPRIT; C. obtaining a high-precision estimated value in the x-axis direction by utilizing two same polarization array element ratios in the x-axis direction; D. compensating space phase shift factors of the three array elements by using a high-precision estimation fuzzy value so as to obtain three orthogonal concentric guide vectors, and further calculating to obtain rough estimation values of azimuth and pitch; E. fitting the rough estimation value and the fine estimation value, and finding the minimum error value to obtain a real estimation value, wherein the method has the following advantages: (1) no a priori knowledge of the angle or polarization is needed. (2) The influence of the separated mutual coupling is small. (3) The split array structure may be arbitrary. (4) The array element spacing is far larger than half wavelength, namely the aperture is large and the estimation precision is high. (5) And searching is not needed, and the calculation amount is small.)

一种基于ESPRIT算法的分离式长电偶极子的角度估计方法

技术领域

本发明涉及角度估计算法技术领域，具体是一种基于ESPRIT算法的分离式长电偶极子的角度估计方法。

背景技术

现有的角度估计算法大多是基于短电偶极子和小磁环的条件下的参数估计算法，但是短电偶极子和小磁环辐射效率低下；已有的基于“长”电偶极子和“大”磁环的条件下的参数估计算法，需要预先知道极化信息才能够估计目标的两维角度，严重影响了此算法在雷达应用领域的实现。

由于极化敏感阵列能够提高极化分集，从而能够提高目标的参数估计精度。故基于极化敏感阵列的角度及极化参数的估计问题得到了广泛的研究。现有的基于短电偶极子和小磁环的条件下的参数估计方法有共点式电磁矢量传感器条件下的各种估计算法、分离式电磁矢量传感下条件下的各种估计算法、共点式和分离式矢量传感器条件下，基于稀疏表征的各种估计算法，但是短电偶极子和小磁环辐射效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ESPRIT算法的分离式长电偶极子的角度估计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于ESPRIT算法的分离式长电偶极子的角度估计方法，包含以下步骤：

A、建立信号模型；

B、利用ESPRIT得到y轴方向高精度估计值；

C、利用x轴方向的两个相同的极化阵元比值，得到x轴方向高精度估计值；

D、利用高精度估计模糊值来补偿三个阵元的空间相移因子从而得到三正交同心的导向矢量，进而计算得到方位和俯仰的粗估计值；

E、将粗估计值和精估计值拟合，寻找最小的误差值既可得到真实的估计值。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤B得到的估值为模糊估值。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤C得到的估值为模糊估值。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤A中的信号模型为三正交长电偶极子阵列。

作为本发明的进一步技术方案：所述三正交长电偶极子阵列由8个电偶极子组成。

作为本发明的进一步技术方案：所述三正交长电偶极子阵列有两组分离式三正交电偶极子，分别记为：Ex、Ey和Ez，其中第一组三个电偶极子的位置其坐标为：Ex＝(0,y_a,0)，Ey＝(0,y_b,0)，Ez＝(0,y_c,0)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对“长”电偶极子和“大”磁环组成的阵列提出了一种基于ESPRIT的算法来估计目标的两维角度的方法，以解决现有算法需要预先知道极化信息才能够估计目标的两维角度的问题。该阵列可以用3正交的“长”电偶极子组成，或者可以由三正交的“大”磁环，也可以由混编的“长”电偶极子和“大”磁环组成。该阵列共有八个阵元，其中的4个和另外4个构成旋转不变特性，可以得到两维方向余弦的精估计但是有模糊值。此后通过分离式的三正交矢量传感器反推得到角度的模糊粗估计。将模糊的精估计值和模糊的粗估计值对比找到他们最接近的一组估计值，取出其中的精估计值作为目标的两维角度估计值。该算法无需搜索，计算量小。且阵元辐射效率高。

附图说明

图1为三正交长电偶极子阵列的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，实施例1：一种基于ESPRIT算法的分离式长电偶极子的角度估计方法，包含以下步骤：

A、建立信号模型；信号模型为三正交长电偶极子阵列，三正交长电偶极子阵列由8个电偶极子组成，所述三正交长电偶极子阵列有两组分离式三正交电偶极子，分别记为：Ex、Ey和Ez，其中第一组三个电偶极子的位置其坐标为：Ex＝(0,y_a,0)，Ey＝(0,y_b,0)，Ez＝(0,y_c,0)；

B、利用ESPRIT得到y轴方向高精度估计值；

C、利用x轴方向的两个相同的极化阵元比值，得到x轴方向高精度估计值；

D、利用高精度估计模糊值来补偿三个阵元的空间相移因子从而得到三正交同心的导向矢量，进而计算得到方位和俯仰的粗估计值；

E、将粗估计值和精估计值拟合，寻找最小的误差值既可得到真实的估计值。

实施例2，基于上述实施例1，分离式阵列结构并不局限于实施例1的结构，可以任意选取，根据具体的使用需求选择即可。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。