基于单一天线的电磁波极化参数估计方法

本发明涉及到通信、雷达等对极化参数估计有需求的领域，具体涉及到单个极化敏感天线估计电磁波极化参数方法。

背景技术：

1、在通信、雷达中，电磁波极化特性是一个可以被利用的信息维度，往往需要通过天线接收信号分析，对入射电磁波极化参数进行估计。极化相位描述子参数是描述电磁波极化特性的重要方法之一。为了估计极化参数，通常是采用阵列天线，每个天线单元是一个正交双极化天线，天线单元可以接收水平极化和垂直极化两路信号。通过阵列天线实现信号入射角度估计，再进行极化参数估计。但阵列天线的采用，相对于单一天线而言，成本高，体积大。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是：在不需要已知来波方向的前提下，如何采用单一天线，实现电磁波的极化参数估计。解决该技术问题的方法是基于单一天线的电磁波极化参数估计方法，其实现步骤是：

2、(1)接收天线是一个极化敏感天线，该天线由三个相互正交的线极化天线组成，以三正交线极化天线几何中心为原点建立三维直角坐标系xyz，直角坐标系的三个坐标轴分别与三个线极化天线电场方向平行，空间中任意方向入射的电磁波实信号表示为e(n)＝ex(n)x+ey(n)y+ez(n)z，其中(x,y,z)是构成直角坐标系的单位矢量，ex(n)、ey(n)和ez(n)分别为x、y、z方向上的电场分量，n是采样信号快拍序数，n＝1,2,...,n，n为估计使用快拍数；

3、(2)依次取p1＝[ex(n) ey(n) ez(n)]t和p2＝[ex(n+1) ey(n+1) ez(n+1)]t两个相邻快拍电场矢量，“t”表示转置，根据矢量运算得到与电磁波传播方向平行的矢量m(n)＝p1×p2＝[mx my mz]t，为了减少噪声的影响，采用多次估计的平均值

4、(3)根据矢量的三维分量估计来波方向的俯仰角和方位角，俯仰角θ表达式为当θ＝0时，电磁波沿z轴方向垂直入射；当θ≠0时，根据计算方位角φ，当时当时

5、(4)将直角坐标系电场分量变换到球坐标系上，得到两个角度方向上电场eθ(n)＝ex(n)cosθcosφ+ey(n)cosθsinφ-ez(n)sinθ，eφ(n)＝-ex(n)sinφ+ey(n)cosφ；

6、(5)将俯仰分量eθ(n)和方位分量eφ(n)进行hilbert变换得到其对应的解析信号，和其中h[]表示求希尔伯特变换；

7、(6)将上述两个解析信号及其对应的共轭相乘后开方，得到两个电场分量估计幅度值，其中符号[]*表示取共轭，估计的相位描述子参数γ(n)＝arctan(|eθm(n)/eφm(n)|)；

8、(7)将俯仰分量的解析信号乘上方位分量解析信号的共轭，然后进行归一化幅度，得到计算俯仰分量和方位分量的相位差δ(n)＝angle(y(n))，其中δ(n)∈[-π,π]，angle()表示取相位角；当δ(n)≥0时相位描述子参数η(n)＝δ(n)，当δ(n)＜0时相位描述子参数η(n)＝δ(n)+π；

9、(8)将上述极化参数分别取平均，即最后得到电磁波极化特性的相位描述子完成极化参数估计。

10、本发明的有益效果是，采用单个极化敏感天线接收电磁波，不需要已知来波方向，节约成本，减小天线体积。本发明可以应用于通信、雷达等对极化参数估计有需求的领域。

技术特征：

1.基于单一天线的电磁波极化参数估计方法，其实现步骤是：

技术总结
基于单一天线的电磁波极化参数估计方法，其实现步骤是：(1)建立三维直角坐标系，空间中任意方向入射的电磁波实信号表示为E(n)；(2)依次用两个相邻快拍电场矢量p<subgt;1</subgt;和p<subgt;2</subgt;计算得到与电磁波传播方向平行的矢量m(n)，并取其平均值(3)根据矢量的分量估计来波的俯仰角θ和方位角φ；(4)利用坐标变换得到电场的俯仰分量E<subgt;θ</subgt;(n)和方位分量E<subgt;φ</subgt;(n)；(5)通过Hilbert变换得到各分量的解析信号和(6)计算各分量的幅值E<subgt;θm</subgt;(n)和E<subgt;φm</subgt;(n)，计算极化参数γ(n)；(7)计算俯仰分量和方位分量的相位差Δ(n)，并估计极化参数η(n)；(8)上述极化参数取平均值，最后得到相位描述子本发明优点是基于单一天线的估计电磁波极化参数，成本低，体积小。本发明可以应用于通信、雷达等对极化参数估计有需求的领域。

技术研发人员：曾浩,梅轲,吉利霞,范俊麟,郭成林
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13