一种基于压缩感知的空域小样本的天线阵列校正方法技术

本发明专利技术一种基于压缩感知的空域小样本的天线阵列校正方法，其特征在于，包括：固定一个远场信号发射源，以指定的频率向可旋转天线平台发射正弦波信号；可旋转天线平台包含1个由N个传感器组成的列阵，可旋转天线平台在指定范围内随机产生第q组俯仰角θ和方位角φ的位置数据；可旋转天线平台旋转到位置(θq,φq)后，打开N路阵列接收通道，采样K个信号快拍，进行1次计算得到阵列流型向量；阵列流型向量计算次数累计达到Q次，则利用Q个阵列流型向量采用压缩感知算法恢复采样矩阵G完成天线校正。本发明专利技术利用天线阵列流型在时域上的稀疏性，在空域收集少量样本即可精确恢复出阵列流型模型，完成天线校正，能够显著地降低校正天线阵列所需的空域采样点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线阵列校正技术。
技术介绍
早期的阵列校正是通过对阵列流型直接进行离散测量、内插、存储来实现的，但这 些方法实现代价较大且效果不太明显。因此，20世纪90年代以后人们通过对阵列扰动进行 建模，将阵列误差校正逐渐转化为一参数估计问题。参数类的阵列校正方法通常可以分为 有源校正类和自校正类，但是这些方法很难对多种形式的误差进行统一校正。 在实际工程应用中通常遇到的阵列误差形式有：阵元方向图误差、阵元通道幅相 误差、阵元互耦以及阵元位置误差等。 在文献M. Landmann，A. Richter, and R. S. Thoma，"DoA resolution limits in MIMO channel sounding, '，in International Symposium on Antennas and Propagation and USNC/URSI National Radio Science Meeting, 2004 中，提出了有效孔径分布函数 (EADF，Effective Aperture Distribution Function)的天线阵列校正的方法。 在文献Μ· Costa, A. Richter, and V. Koivunen，"Low complexity azimuth and elevation estimation for arbitrary array configurations,'，in Proc. IEEE Int. Conf.Acoust. Speech Signal Process, pp. 2185 - 2188, 2009 中，对文献天线校正方法 进行了改进。该文献假设有P个非相干窄带信号源，1个有N个传感器的阵列，各个传感器 的俯仰角和方位角参数如下：（θ，Φ) = {(0^ φ}..，（θρ，φρ)}，其中Θ为传感器的俯 仰角且满足Θ e ，Φ为方位角且满足Φ e [0,360° )，那么，获得的数据可由 下式给出：X = A( θ，φ) S+Ν，其中A(乂#) eCam5代表阵列流型（也可称为导向向量）矩阵， S e 是信号矩阵，N eCava'代表测量噪声，该噪声是二阶遍历零均值高斯白噪声，C表 示一个复数集合，N表示阵列的天线数，P表示信源个数，K表示接收的快柏数： 假设从测量矩阵所得的阵列流形如下其中分别代表测量时的俯仰角、 方位角的角度参数，Αη(θ。，φ。）代表测量的阵列流型矩阵，Qe表示一个俯仰角上的采样点 总数，Qa表示表示一个方位角上的采样点总数，.Ei表示实数集合。 作者将目标在二维空域上进行分害U，俯仰角和方位角各自均分为60点 即I= Qa= 60进行数据采集，共进行60X60 = 3600次数据采集，获得阵列流型 Α,(Θ,鼻eC(Hxa，由于Θ e ，不是以360°为周期的，不符合FFT的要求，因 此需要周期化。 为满足FFT的要求，矩阵Αη(θε，φ。）平移180°再翻转，并截掉首尾两行，得到 矩阵A:(K) 5将矩阵Αη(θ。，φ J和Α；；说4)重叠，构造出如下矩阵： 获得N个传感器的二维有效孔径分布函数（2-D EADF，Effective Aperture Distribution Function)后，可以将阵列流型模型a(9，φ)写作如下式：a(9，φ)=rd(0，φ)+ε (Me，Ma)，其中Γ为采样矩阵 d( Θ，φ)表示方位角和俯仰角位置矩阵，ε ()代表模型误差，|^表示俯仰角上的 模型数，13表示方位角上的模型数，采样矩阵Γ中包含了天线阵列的阵元互耦误差、阵元位 置误差、阵元通道福相误差、阵元方向图误差等信息。 ?代表矩阵的Kronecker积运算，vec表示将矩阵G中所有的列向量堆成一个列 向量，G n表示第η根天线对应的采样矩阵，η的范围1彡η彡N。 从以上步骤可以看出，在数据采集的时候需要进行QeXQJc，当目标二维空域非 常大或者需要测量精度较高时，该测量次数会相当大，在采集数据时耗费人力物力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，复杂度更低的天线阵列校正方法。 本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于压缩感知的空域小样 本的天线阵列校正方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、固定一个远场信号发射源，以指定的频率f向可旋转天线平台发射正弦波 信号； 步骤2、可旋转天线平台包含1个由N个传感器组成的列阵，可旋转天线平台在指 定范围内随机产生第q组俯仰角Θ和方位角φ的位置数据（0 q，（J)q)，并将阵列旋转到位 置（9q，Φ)，俯仰角 Θ e ，方位角 Φ e [0,360° ); 步骤3、可旋转天线平台旋转到位置（0q，（J)q)后，打开N路阵列接收通道，采样K 个信号快拍，进行1次计算得到阵列流型向量其中 X (k，0q，（J)q)为天线阵列在第q个随机位置（0q，（J) q)处采样的第k个快拍数据，s (k)代 表信号源发射的正弦波信号，代表复共辄； 步骤4、判断阵列流型向量计算次数是否累计达到Q次，如否，返回步骤2,如是，进 入步骤5 ;Q大于等于表示现有天线阵列校正需要的采样点总数，Qall与天线阵 列的孔径大小相关，孔径越大则Qall越大。 步骤5、利用Q个阵列流型向量采用压缩感知算法恢复采样矩阵G完成天线校正。 本专利技术利用天线阵列流型在时域上的稀疏性，在空域收集少量样本即可精确恢复 出阵列流型模型，完成天线校正。 本专利技术的有益效果是，本专利技术的天线校正方法实际采样点仅是现有方法的约 20%，能够显著地降低校正天线阵列所需的空域采样点，减少校正阵列的工作量，而且适用 于普通平面天线阵列和共形天线，应用范围较广。【附图说明】 图1为本专利技术方法的流程图。 图2为本专利技术具体实施的仿真效果图。【具体实施方式】 天线阵列校正方法，包括如下步骤：当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩感知的空域小样本的天线阵列校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、固定一个远场信号发射源，以指定的频率f向可旋转天线平台发射正弦波信号；步骤2、可旋转天线平台包含1个由N个传感器组成的列阵，可旋转天线平台在指定范围内随机产生第q组俯仰角θ和方位角φ的位置数据(θq,φq)，并将阵列旋转到位置(θq,φq)，俯仰角θ∈[0,180°]，方位角φ∈[0,360°)；步骤3、可旋转天线平台旋转到位置(θq,φq)后，打开N路阵列接收通道，采样K个信号快拍，进行1次计算得到阵列流型向量a^(θq,φq)=Σk=1Kx(k,θq,φq)s*(k)/Σk=1K|s(k)|2,]]>其中x(k,θq,φq)为天线阵列在第q个随机位置(θq,φq)处采样的K组快拍数据中第k个，k为正整数，范围1≤k≤K，s(k)代表信号源发射的正弦波信号，*代表复共轭；步骤4、判断阵列流型向量计算次数是否累计达到Q次，如否，返回步骤2，如是，进入步骤5；Q大于等于Qall表示现有天线阵列校正方法需要的采样点总数；步骤5、利用Q个阵列流型向量采用压缩感知算法恢复采样矩阵G完成天线校正。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄杰，刘杰，蔡翔林，庞宏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51