一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法技术

一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，它属于信号到达方向估计技术领域。本发明专利技术解决了由于阵元之间的相互耦合的影响，导致传统MUSIC算法进行DOA估计的精度低的问题。本发明专利技术通过重要性重采样方法对空间平滑后的等效互耦矩阵进行估计，并利用新的MUSIC空间谱对目标信号DOA进行估计。相比于传统的MUSIC算法和一般的互耦矩阵重构MUSIC算法，本发明专利技术的重要性重采样方法具有更好的性能，对目标信号的DOA估计更加准确，可以使估计精度提高30％‑40％左右，而且本发明专利技术可以用于相干源条件下的天线互耦校正。本发明专利技术可以应用于信号到达方向估计技术领域。

An antenna mutual coupling correction method based on importance resampling under coherent source condition

【技术实现步骤摘要】
一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法
本专利技术属于信号到达方向估计
，具体涉及一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法。
技术介绍
多信号分类(MultipleSignalClassification，MUSIC)算法作为一种经典的信号到达方向(Direction-Of-Arrival，DOA)估计方法，具有较好的估计性能。而当目标信号是相干信号的时候，需要使用空间平滑技术对信号处理，然后在使用MUSIC算法进行估计，可以较好的估计出信号的DOA。然而当天线阵列存在互耦的条件下，由于阵列互耦系数矩阵是未知的，所以会对传统MUSIC算法的DOA估计性能产生很大的影响，特别是对于目标信号是相干信号，需要使用空间平滑技术进行处理的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决由于阵元之间的相互耦合的影响，导致传统MUSIC算法进行DOA估计的精度低的问题，而提出了一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，该方法包括以下步骤：步骤一：对于包含N个阵元的归一化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：对于包含N个阵元的归一化线性阵列系统，在互耦条件下，计算阵列系统的接收信号X(t)；步骤二、利用空间平滑技术对阵列系统的接收信号X(t)进行处理，获得前向空间平滑协方差矩阵Rf和后向空间平滑协方差矩阵Rb；步骤三、利用前向空间平滑协方差矩阵Rf和后向空间平滑协方差矩阵Rb计算前后向平滑协方差矩阵Rfb；步骤四：对前后向平滑协方差矩阵Rfb进行特征分解，得到噪声子空间；利用噪声子空间形成MUSIC算法的空间谱PMU(θ)，根据PMU(θ)的峰值完成对目标信号DOA的第一次估计；步骤五：利用第一次估计的...

【技术特征摘要】
1.一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：对于包含N个阵元的归一化线性阵列系统，在互耦条件下，计算阵列系统的接收信号X(t)；步骤二、利用空间平滑技术对阵列系统的接收信号X(t)进行处理，获得前向空间平滑协方差矩阵Rf和后向空间平滑协方差矩阵Rb；步骤三、利用前向空间平滑协方差矩阵Rf和后向空间平滑协方差矩阵Rb计算前后向平滑协方差矩阵Rfb；步骤四：对前后向平滑协方差矩阵Rfb进行特征分解，得到噪声子空间；利用噪声子空间形成MUSIC算法的空间谱PMU(θ)，根据PMU(θ)的峰值完成对目标信号DOA的第一次估计；步骤五：利用第一次估计的目标信号DOA对等效互耦矩阵进行重构，获得重构的等效互耦矩阵以及利用重构的等效互耦矩阵形成的MUSIC算法空间谱；步骤六：使用重要性重采样方法对重构的等效互耦矩阵进行处理，得到新的等效互耦矩阵；利用新的等效互耦矩阵和噪声子空间形成MUSIC算法的空间谱，得到最终的目标信号DOA估计。2.根据权利要求1所述的一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：对于包含N个阵元的归一化线性阵列系统，每两个相邻阵元之间的距离均为d；则相邻阵元之间的互耦系数利用Toeplitz矩阵C表示为：其中：c1代表第1个阵元与第2个阵元之间的互耦系数，cN-2代表第1个阵元与第N-1个阵元之间的互耦系数，cN-1代表第1个阵元与第N个阵元之间的互耦系数；假设在t时刻，来波有K个窄带相干信号源，K个窄带相干信号源分别表示为s1(t)，s2(t)，…，sK(t)，K个窄带相干信号源的来波方向分别是θ1，θ2，…，θK，且K个窄带相干信号源的波长均为λ；阵列系统中每个阵元均具有独立同分布的方差为的高斯白噪声，则在互耦条件下，阵列系统的接收信号X(t)表示为：X(t)＝CAS(t)+ξ(t)(2)其中：X(t)＝[x1(t),x2(t),…,xN(t)]T(3)x1(t)代表第1个阵元的接收信号，x2(t)代表第2个阵元的接收信号，xN(t)代表第N个阵元的接收信号，上角标T代表矩阵的转置；中间变量S(t)和ξ(t)的表达式为：S(t)＝[s1(t),s2(t),…,sK(t)]T(4)ξ(t)＝[ξ1(t),ξ2(t),…,ξN(t)]T(5)其中：ξn(t),n＝1,2,…,N是独立同分布的方差为的高斯白噪声；中间变量A的表达式为：A＝[a(θ1),a(θ2),…,a(θK)](6)其中：中间变量A中的第k个列向量a(θk)的表达式为：a(θk)＝[1β(θk)…β(θk)N-1]T,k＝1,2,…,K(7)β(θk)为中间变量，j是虚数单位，θk是第k个窄带相干信号源的来波方向。3.根据权利要求2所述的一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：对于前向空间平滑，将线性阵列系统视为L个子阵，每个子阵的阵元数为M，则从最前面的第1个阵元开始，第1个至第M个阵元组成第1个子阵，第2个至第M+1个阵元组成第2个子阵，以此类推，第N-M+1个至第N个阵元组成第L个子阵，则子阵的个数L＝N-M+1；则前向空间平滑的第1个子阵的接收信号X1(t)的表达式为：X1(t)＝C1(AS(t)+ξ(t))(9)其中，X1(t)和中间变量矩阵C1的表达式分别为：X1(t)＝[x1(t),x2(t),…,xM(t)]T(10)前向空间平滑的第2个子阵的接收信号X2(t)的表达式为：X2(t)＝C2(AS(t)+ξ(t))(12)中间变量矩阵C2的表达式为：则C1＝(C·E1)H，C2＝(C·E2)H，其中：上角标H代表矩阵的共轭转置；则前向空间平滑的第i个子阵的接收信号Xi(t)为：Xi(t)＝(Di-1E1)HC(AS(t)+ξ(t)),i＝1,2,...,L(16)其中：Di-1代表i-1个D相乘；前向空间平滑的第i个子阵的接收信号Xi(t)的自协方差矩阵Ri为：其中：I为单位矩阵，中间变量RS＝E[S(t)SH(t)]，E[·]代表期望；将前向空间平滑的每个子阵接收信号的自协方差矩阵取平均，获得前向空间平滑协方差矩阵Rf为：令中间变量矩阵B为则后向空间平滑的第1个子阵的接收信号Y1(t)表示为：Y1(t)＝BXL(t)(19)其中：XL(t)代表前向空间平滑的第L个子阵的接收信号；对于后向空间平滑的第i个子阵，其接收信号的表达式为：Yi(t)＝BXL-i+1(t)(20)其中：XL-i+1(t)代表前向空间平滑的第L-i+1个子阵的接收信号；后向空间平滑的第i个子阵的接收信号Yi(t)的自协方差矩阵Ri′为：将后向空间平滑的每个子阵接收信号的自协方差矩阵取平均，获得后向空间平滑协方差矩阵Rb：4.根据权利要求3所述的一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：5.根据权利要求4所述的一种相干源条件下基于重要性重采样的天线互耦校正方法，其特征在于，所述步骤四的具体过程为：假设一...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯煜冠，高荷福，顾村锋，毛兴鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23