基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法技术

本发明专利技术涉及天线失配通道校正技术，为实现在低信噪比环境下具有收敛速度快、稳态误差小、抗干扰能力强、计算量较小的特点，可以很好地校正与频率无关的通道失配。本发明专利技术，基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法，步骤如下：步骤(1)、建立与频率响应无关的恒定通道失配模型；步骤(2)、利用变步长LMS算法对失配通道进行校正步骤(3)、将待校正通道信号的向量与权值矢量的转置相乘得到输出信号；步骤(4)、将参考通道信号与输出信号做差获得误差反馈信号；步骤(5)、调整步长；步骤(6)、根据误差反馈信号、步长值的值调整权值矢量；步骤(7)、迭代，得的输出信号逼近参考信号。本发明专利技术主要应用于天线失配通道校正场合。

Antenna mismatch channel correction method based on variable step length LMS algorithm

The invention relates to the antenna mismatch channel correction technology. In order to achieve fast convergence speed, steady state error, strong anti-interference ability and small amount of computation in low SNR environment, it can correct frequency mismatch channel mismatch very well. The present invention, step antenna variable step size LMS algorithm based on channel mismatch correction method includes the following steps: (1) establish, and the channel is independent of the constant frequency response mismatch model; step (2), using the variable step size LMS algorithm of channel mismatch correction steps (3), the weight vector and transpose multiplication vector correction channel signal from the output signal; step (4), the reference channel signal and the output signal difference error feedback signal; step (5), adjustment step; step (6), according to the error feedback signal, step value of the right to adjust the value vector; step (7), iterative output the signal approximation reference signal. The invention is mainly applied to the situation of antenna mismatch channel correction.

【技术实现步骤摘要】
基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法
本专利技术涉及天线失配通道校正
，具体讲,涉及基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法。
技术介绍
天线阵列信号处理越来越多地应用在雷达、声纳等领域。N元天线阵包含N路信号接收通道，每个接收通道包括高放、混频、中放、相干检波及A/D等模拟器件。接收通道中的各个器件在制造工艺上存在的各种误差、器件老化、下变频的正交误差等都会引起通道幅相特性的变化，这种变化称为通道失配。通道失配会降低阵列的MUSIC空间谱峰值，并且会使谱峰的位置发生改变，从而降低了系统对目标方向的分辨能力；通道间的失配还会会导致抑制干扰的零陷深度变浅、方向图副瓣电平升高，严重影响天线阵列的性能。因此，需要对失配的通道进行校正。常规的校正方法主要分为有源校正和自校正。有源校正算法在得知校正源方位角的情况下，通过对阵列误差参数进行估计，其特点是运算量小。但是目前大多数有源校正算法只能适用于高信噪比的情况中。自校正算法无需知道校正源的方位角，通过迭代运算即可获得阵列的误差信息并对其进行校正，易于工程实现，但其计算量较大。为此，如何能够在干扰和噪声比较严重的低信噪比环境下快速地、精准地完成天线阵列幅相误差的校正显得尤为重要。传统的LMS算法具有结构简单，计算量小，易于实现的优点。但是，采用固定步长的LMS算法有一个无法回避的缺点，它在收敛速度和稳态失调之间存在矛盾：采用较大的步长，可以获得较快的收敛速度，但同时会增大算法的稳态误差；采用较小的步长，算法的稳态误差较小，但算法的收敛速度过慢。而收敛速度、稳态误差是衡量自适应算法优劣的两个重要指标。变步长LMS算法可以很好的解决固定步长LMS算法的这一矛盾。变步长LMS算法的思想是：在算法的初始阶段采用较大的步长加快收敛，当算法收敛后再采用较小的步长来提高收敛后的稳态性能。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法。该算法采用误差自相关和遗忘累加均值调节步长，在低信噪比环境下具有收敛速度快、稳态误差小、抗干扰能力强、计算量较小的特点，可以很好地校正与频率无关的通道失配。本专利技术采用的技术方案是，基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法，步骤如下：步骤(1)、建立与频率响应无关的恒定通道失配模型：参考通道的频率响应为Hd(jω)，其相频特性函数为第n条通道的频率响应为Hn(jω),其相频特性函数为那么第n条通道相对于参考通道的失配特性定义为：其中第n条通道的幅度失配和相位失配分别为：其中，j表示虚数，ω表示角频率，ω1表示起始频率，ω2表示终止频率。恒定通道失配与频率无关，故ΔHn(jω)和为常数，这里规定ΔHn(jω)为φ，为β，得到故Dn(jω)＝Hn(jω)/Hd(jω)＝[1+φ]ejβEn(jω)＝[1/(1+φ)]e-jβEn(jω)定义为校正因子，Dn(jω)En(jω)的乘积趋于1时，则实现了对失配的通道的校正；步骤(2)、利用变步长LMS算法对失配通道进行校正定义参考通道信号d(n)，失配通道信号X(n)＝d(n)D(jω)，其中D(jω)表示X(n)相对于参考通道d(n)的失配特性，通过迭代使得权值矢量收敛到校正因子E(jω)，此时表示变步长LMS完成了失配通道的校正；步骤(3)、将待校正通道信号的向量X(n)与权值矢量的转置WT(n)相乘得到输出信号y(n)，输出信号为：y(n)＝WT(n)X(n)。步骤(4)、将参考通道信号d(n)与输出信号y(n)做差获得误差反馈信号e(n)，误差反馈信号为：e(n)＝d(n)-y(n)步骤(5)、调整步长μ(n)，调整步长所用公式为：式中，0＜a＜1，b＞0，μmax表示选择的最大步长，μmax选择接近LMS不稳定的步长点；μmin表示选择的最小步长，μmin则需要在稳定的状态下，根据所预期的失调和算法的收敛速度做出一个合适的选择；a为一个接近于1的常数，b取较小值，用来控制算法的失调和收敛时间；步骤(6)、根据误差反馈信号e(n)、步长值μ(n)的值调整权值矢量W(n)，权值矢量更新公式为：式中参数c为较小的正常数，防止分母为零的情况的发生；步骤(7)、迭代步骤(3)至步骤(6)，最终使得权值矢量W(n)收敛到校正因子E(jω)，得的输出信号y(n)逼近参考信号d(n)。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术提出了一种变步长LMS算法的天线失配通道校正方法，可以很好地校正与频率无关的通道失配。该算法采用误差自相关函数以及遗忘累加均值调节步长，从而降低了变步长LMS算法对噪声的敏感性，并且由于步长迭代公式中不包含非线性函数，所以该算法计算量较小，易于工程实现。在低信噪比环境下所能校正的幅度和相位精度高，具有收敛速度快、稳态误差小、抗干扰能力较强的特点。附图说明：图1是基于变步长LMS算法的天线失配通道校正原理图。图2是本专利技术的流程图。具体实施方式本专利技术的目的：为了克服现有技术的不足，专利技术了一种基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法。该算法采用误差自相关和遗忘累加均值调节步长，在低信噪比环境下具有收敛速度快、稳态误差小、抗干扰能力强、计算量较小的特点，可以很好地校正与频率无关的通道失配。本专利技术的技术解决方案：一种基于变步长最小均方算法LMS(LeastMeanSquare)的天线失配通道校正方法，包括以下步骤：步骤(1)、建立与频率响应无关的恒定通道失配模型。在天线阵列的通信系统中，接收机每次连续的工作时间不长，所以近似认为在一次通信过程中天线阵列通道的特性是不变的，这样就可以在每次通信之前进行通道校正，把校正和通信在时间上划分开来，校正好之后再进行通信，这样做的优点是可以避免注入信号对后续的阵列产生影响。设参考通道的频率响应为Hd(jω)，其相频特性函数为第n条通道的频率响应为Hn(jω),其相频特性函数为那么第n条通道相对于参考通道的失配特性定义为：其中第n条通道的幅度失配和相位失配分别为：其中，j表示虚数，ω表示角频率，ω1表示起始频率，ω2表示终止频率。由于本文所研究的是与频率无关的恒定通道失配问题，故ΔHn(jω)和为常数，这里设ΔHn(jω)为φ，为β，可以得到故Dn(jω)＝Hn(jω)/Hd(jω)＝[1+φ]ejβEn(jω)＝[1/(1+φ)]e-jβEn(jω)定义为校正因子，Dn(jω)En(jω)的乘积趋于1时，可以认为实现了对失配的通道的校正。步骤(2)、利用变步长LMS算法对失配通道进行校正定义参考通道信号d(n)，失配通道信号X(n)＝d(n)D(jω)，其中D(jω)表示X(n)相对于参考通道d(n)的失配特性，通过迭代使得权值矢量收敛到校正因子E(jω)，此时表示变步长LMS完成了失配通道的校正。步骤(3)、将待校正通道信号的向量X(n)与权值矢量的转置WT(n)相乘得到输出信号y(n)，输出信号为：y(n)＝WT(n)X(n)。步骤(4)、将参考通道信号d(n)与输出信号y(n)做差获得误差反馈信号e(n)，误差反馈信号为：e(n)＝d(n)-y(n)。步骤(5)、调整步长μ(n)，调整步长所用公式为：式中，0＜a＜1，b＞0。μmax表示选择的最大步长，μmax一般选择接近LMS不稳定的步长点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法，其特征是，步骤如下：步骤(1)、建立与频率响应无关的恒定通道失配模型：参考通道的频率响应为Hd(jω)，其相频特性函数为

【技术特征摘要】
1.一种基于变步长LMS算法的天线失配通道校正方法，其特征是，步骤如下：步骤(1)、建立与频率响应无关的恒定通道失配模型：参考通道的频率响应为Hd(jω)，其相频特性函数为第n条通道的频率响应为Hn(jω),其相频特性函数为那么第n条通道相对于参考通道的失配特性定义为：其中第n条通道的幅度失配和相位失配分别为：其中，j表示虚数，ω表示角频率，ω1表示起始频率，ω2表示终止频率，恒定通道失配与频率无关，故ΔHn(jω)和为常数，这里规定ΔHn(jω)为φ，为β，得到故Dn(jω)＝Hn(jω)/Hd(jω)＝[1+φ]ejβEn(jω)＝[1/(1+φ)]e-jβEn(jω)定义为校正因子，Dn(jω)En(jω)的乘积趋于1时，则实现了对失配的通道的校正；步骤(2)、利用变步长LMS算法对失配通道进行校正定义参考通道信号d(n)，失配通道信号X(n)＝d(n)D(jω)，其中D(jω)表示X(n)相对于参考通道d(n)的失配特性，通过迭代使得权值矢量收敛到校正因子E(jω)，此时表示变步长LMS完成了失配通道的校正；步骤(3)、将待校正通道信号的向量X(n)与权值矢量的转置WT(n)相乘得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杏华，刘培露，邢艳蕾，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12