考虑信源方位误差的阵列位置误差校正方法技术

本发明专利技术属于阵列信号处理领域，特别涉及信源方位信息存在偏差的阵列位置误差校正的方法，对阵列位置误差进行精确校正。本发明专利技术采用单信源校正，但接收阵列可精密旋转，达到多个信源独立分时校正的效果，从而获得大量样本；先采用最小二乘拟合估计信源导向矢量的相位，再采用剔野的方式剔除某些相位拟合误差较大的阵元数据，进而再次采用最小二乘拟合估计相位，得到信源方位信息；最后采用最小二乘法校正阵元位置误差。应用本发明专利技术的校正阵元位置误差的方法，可以很准确的校正阵元位置误差，方法简单，而且很适合实际工程使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及阵列信号处理领，具体涉及一种。
技术介绍
信号波达方向(DOA)估计在雷达、通信、声呐等众多领域都有极为广阔的应用。以多重信号分类(MUSIC)算法为代表的谱估计算法都具有很高的分辨力和估计精度，其前提是精确已知阵列流型。受各种非理想因素(机械加工误差、接收通道不一致性、阵元互耦等)的影响，阵列流型往往会出现一定程度上的偏差和扰动，就会使高分辨谱估计算法的性能严重恶化，甚至失效。限于当前的工艺水平，单纯从硬件设计制作方面去克服模型误差存在很大困难，阵列误差的估计成为角度测量急需解决的一个难题。现有的阵列校正方法通常可以分为自校正类(见文献:Direction findingin the presence of mutual coupling, Friedlander B,Weiss A J ； IEEE Trans,on AP, 1991,39 (3):273-284 ；A Bayesian approach to autocalibration forparametric array signal processing, Viberg M ；Swindlehurst A L.；IEEE Trans.0nSP, 1994, 42(12):3495-3507)和有源校正类(见文献:一种阵列天线阵元位置、幅度及相位误差的有源校正方法，贾永康，保铮，吴洹；电子学报，1996，24(3):47-52 ;Sensorarray calibration in the presence of mutual coupling and unknown sensor gains andphases, See C M S Electronics Letters, 1994，30(5):373-374)。自校正类方法通常将空间信源的方位与阵列的扰动参数根据某种优化函数进行联合估计。阵列校正可以不需要方位已知的辅助信源，而且可以在实际方位估计时在线完成。但是，信源方位和阵列误差参数之间往往相互耦合，使得自校正中参数估计的可辨识性很难得到保证(Spatialsignature estimation for uniform linear arrays with unknown receiver gains andphases [J]，ASTELY D, SffINDLEHURST A, OTTERSTEN B.1EEE Transactions on Signal Processing, 1999，47(8):2128-2138)。有源校正通过设置方位精确已知的辅助信源来对阵列扰动参数进行离线估计，是目前比较实用的方法。最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，是一种实用的数学优化技术。当后验概率密度函数为对称于后验均值的单峰密度函数时，最小均方误差估计是众多类型代价函数的最佳估计(见文献:信号的统计检测与估计理论(第二版)，李道本)。最小二乘法的运用非常广泛，尤其是在直线或曲线拟合方面。最小二乘方法也运用于阵元幅相误差或位置误差的估计中(见文献:基于最小二乘的阵元位置误差校正及性能分析，杨志伟，廖桂生；系统工程与电子技术2007，29(2):167-169.)。阵元位置误差使阵列导向矢量出现方位依赖特征，因此基于有源校正的方法往往需要多个独立的校正信源；辅助信源位置的准确性也会影响位置误差校正的结果；此外，当某些阵元位置存在较大误差时信源波达角估计会出现较大偏差，这些问题的存在使已有的阵元位置误差校正方法很难满足工程实际的需求。注意到很多相控阵阵列均安装于可以精密旋转的基座上，固定单一校正源而自身进行旋转，就可以改变阵面法线和校正源的相对角度，等效于获得大量虚拟的分时工作多校正源接收数据，为提高阵元位置校正精度带来了机会。当然，旋转基座的定角精度也会影响到最终的校正精度，需要采用专门的措施消除其带来的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提出一种，对阵列位置误差进行精确校正。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:，包括以下步骤:a.通过旋转转台，使位于转台上的阵列天线连续转动J个角度，获得在每个角度下阵列天线接收到的样本数据；b.根据样本数据计算得到信号源导向矢量的相位序列；c.对计算得到的信号源导向矢量的相位序列进行预处理，并对信号源的方位角度进行校正；d.利用校正后的信号源的方位角度对阵元位置误差进行校正，计算阵元位置误差引起的相位误差；e.将计算得到的相位误差补偿到阵列天线的每一个阵元。进一步,步骤a具体包括:将M个阵元的均匀线阵置于可精密旋转的转台上，旋转转台，使天线连续转动J个角度Θ j (j = 1，…J)，获得每个角度的样本数据Xj (t)。进一步,步骤b具体包括:利用样本数据计算接收信号的协方差矩阵Rj:Rj = E [Xj (t) X/(t)]对上述计算得到的协方差矩阵进行特征分解，得到归一化的信号源导向矢量的估计值a(θj)= e/e1，其中e为R的最大特征值对应的特征矢量，ei为e的第一个元素，进一步 计算得到信号源导向矢量的相位序列= angle (a ( θ p)。进一步，步骤c中所述对计算得到的信号源导向矢量的相位序列进行预处理的方法为:Φ j = [ Φ u, Φ2Ρ …，Φ。，…，(J)mj] (i = I,...，M),以第一个元为参考阵元，Φυ =O ;当i>l时，阵元间相位间隔的均值为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
考虑信源方位误差的阵列位置误差校正方法，其特征在于，包括以下步骤：a.通过旋转转台，使位于转台上的阵列天线连续转动J个角度，获得在每个角度下阵列天线接收到的样本数据；b.根据样本数据计算得到信号源导向矢量的相位序列；c.对计算得到的信号源导向矢量的相位序列进行预处理，并对信号源的方位角度进行校正；d.利用校正后的信号源的方位角度对阵元位置误差进行校正，计算阵元位置误差引起的相位误差；e.将计算得到的相位误差补偿到阵列天线的每一个阵元。

【技术特征摘要】
1.考虑信源方位误差的阵列位置误差校正方法，其特征在于，包括以下步骤: a.通过旋转转台，使位于转台上的阵列天线连续转动J个角度，获得在每个角度下阵列天线接收到的样本数据； b.根据样本数据计算得到信号源导向矢量的相位序列； c.对计算得到的信号源导向矢量的相位序列进行预处理，并对信号源的方位角度进行校正； d.利用校正后的信号源的方位角度对阵元位置误差进行校正，计算阵元位置误差引起的相位误差； e.将计算得到的相位误差补偿到阵列天线的每一个阵元。2.如权利要求1所述的考虑信源方位误差的阵列位置误差校正方法，其特征在于，步骤a具体包括: 将M个阵元的均匀线阵置于可精密旋转的转台上，旋转转台，使天线连续转动J个角度QjU = 1，....!)，获得每个角度的样本数据Xj (t)。3.如权利要求2所述的考虑信源方位误差的阵列位置误差校正方法，其特征在于， 步骤b具体包括: 利用样本数据计 算接收信号的协方差矩阵Rj:Rj = E [Xj (t) X/⑴] 对上述计算得到的协方差矩阵进行特征分解，得到归一化的信号源导向矢量的估计值 ，其中e为R的最大特征值对应的特征矢量，ei为e的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，王珍，曹东凯，陈克微，刘红明，何子述，段翔，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51