一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法技术

本发明专利技术公开了一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，该方法先对不同通道间的延时差进行高精度延时补偿，之后级联均衡滤波来进行通道校正。采用该方法可对多阵元阵列天线时延分布大，幅相失真严重的系统进行更好的校正，其可适用性、可实现性更强。本发明专利技术的技术方案为：一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，针对多阵源天线采用级联的两级校正单元来进行通道校正。第一级校正单元采用整数延时存储器结合定义域等间隔分段的可变小数延时滤波器，对多阵源天线不同通道间的时延分布进行补偿。第二级校正单元采用基于加权最小二乘准则对时延补偿后的通道幅度进行均衡。行均衡。行均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法


[0001]本专利技术涉及通信、雷达、声纳、导航
，具体涉及一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法。

技术介绍

[0002]通道校正技术可以改善阵列不同通道特性不一致的程度，使阵列通道更加接近理想条件，配合基带从而达到更好的抗干扰效果。其在阵列抗干扰领域具有重要的工程意义。通道校正技术主要包括通道内幅度特性校正，以及不同通道间时延的校正，传统的通道校正技术多采用一级复系数均衡滤波器来实现。
[0003]然而在多阵元阵列天线中，由于多通道间时延分布较大，常规的复系数均衡滤波器需要较高的滤波器阶数才能达到校正精度要求。而较高的阶数会导致滤波器系数求解困难，甚至会因矩阵的病态而导致均衡算法无法实现。因此，在均衡之前，对通道间的大分布延时分布进行补偿，可以减轻均衡滤波器设计压力，节省资源，且有效提高算法的可实现性。
[0004]现有的可变小数延时滤波器设计方法包括时域设计法和频域设计法两种，由于时域设计法适用频率范围窄的情况，所以频率较高时多采用频域设计法。常用的频域设计法包括最大平坦度设计法、加权最小二乘设计法和minimax设计法。相比于最大平坦度设计和加权最小二乘设计等频域设计算法，minimax算法能够在相同的滤波器实现结构下获得更小的可变频率响应峰值误差，并且用此算法设计出的可变小数延时滤波器的幅频响应具有等纹波特性。minimax算法核心思想是利用Farrow结构，不断地优化滤波器系数，使得可变小数延时滤波器的可变频率响应峰值误差最小。对于minimax算法实现层面，为有效降低滤波器结构复杂度，近年来国内外学者进行了大量的研究工作，比较典型的有：基于SOCP(Second
‑
Order Cone Programming)的minimax设计方法。该方法能够直接最小化可变频率响应的峰值误差，获得最优的优化结果。采用该方法可以在一定资源下获得较好的延时补偿效果。为更好节省硬件实现资源，一种有效方法是在基于SOCP(Second
‑
Order Cone Programming)的minimax设计方法的基础上，采用基于等间隔分段的可变小数延时滤波器的设计方法。它将小数延时定义域进行等间隔分段，在每一段中分别基于minimax准则进行滤波器设计，更大限度的节省了硬件实现资源。但是，传统Farrow实现结构复杂度较高，直接对其应用小数延时定义域等间隔分段准则无法达到明显的优化效果。
[0005]对于第二级的通道均衡而言，根据滤波器系数求解方法不同，又分为时域均衡方法和频域均衡方法两种。时域均衡法是指在一定准则的约束下，使各通道的时域输出波形趋于一致；而频域均衡方法则是使各通道的频率响应趋于一致。相比于时域算法，频域算法具有更大的频率带宽，高频处性能较好，设计更加灵活等优点，因此更加受到学者的青睐。频域最小二乘法是典型的频域均衡算法，通过逼近期望均衡滤波器的频率响应来实现设计。对于实际的天线阵列，目前常采用频域加权最小二乘拟合方法，通过选择不同的加权因子，提高均衡滤波器在重要频段的拟合精度。
[0006]目前在针对多阵元天线通道间时延分部范围较大的问题上，如何进行更好的实现对大时延分布，多阵元天线的高精度校正，实现对天线阵列整体高精度校正的需求，是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，能够该方法先对不同通道间的延时差进行高精度延时补偿，之后级联均衡滤波来进行通道校正。采用该方法可对多阵元阵列天线时延分布大，幅相失真严重的系统进行更好的校正，其可适用性、可实现性更强。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，针对多阵源天线采用级联的两级校正单元来进行通道校正。
[0009]第一级校正单元采用整数延时存储器结合定义域等间隔分段的可变小数延时滤波器，对多阵源天线不同通道间的时延分布进行补偿。
[0010]第二级校正单元采用基于加权最小二乘准则对时延补偿后的通道幅度进行均衡。
[0011]优选地，第一级校正单元中：
[0012]整数延时存储器采用FIFO或RAM存储器先进行存储，通过控制存储器的读出时刻实现整数延时。
[0013]等间隔分段的可变小数延时滤波器，具体为：对小数延时定义域进行等间隔分段，利用Farrow结构原理分解可变小数延时滤波器，得到多个并行FIR子滤波器及延时控制单元，通过不断优化每个子滤波器系数，使得实际可变小数延时滤波器可变频率响应峰值误差达到最小，由此得到等间隔分段的可变小数延时滤波器。
[0014]优选地，第二级校正单元采用如下方法进行均衡：
[0015]先选择参考通道，该通道的均衡器是具有线性相位的全通滤波器；通过参考通道的频率响应与其他通道的频率响应相除得到理想的均衡滤波器响应；对第m通道均衡滤波器的理想频率响应离散化后，利用L阶复系数FIR滤波器进行拟合，根据通道参考通到幅频响应建立加权矩阵W，通过加权后最小二乘准则不断对误差函数进行优化，使得拟合误差最小，由此得到各通道最优的均衡滤波器，用于对该通道的通道幅度进行均衡。
[0016]优选地，第一级校正单元采用如下步骤对多阵源天线不同通道间的时延分布进行补偿：
[0017]步骤1：利用FIFO或RAM对AD采样信号进行存储；将离线测得的需补偿的延时值分解为采样间隔整数倍的延时和不足一个采样间隔的小数延时；根据分解的整数延时值将数据从存储器中延时读出实现整数延时；
[0018]步骤2：偶数阶可变小数延时滤波器的小数延时定义域为p∈[
‑
0.5,0.5]，利用等间隔分段准则将其分成K段，其中S
k
表示索引为k的分段区间，k＝0,1,...,K
‑
1，即
[0019][0020]步骤3：定义k
p
表示小数延时p所在分段区间的索引，即则：
[0021][0022]其中，表示向下取整，并且k
‑
p
＝k
p
；
[0023]步骤4：初始化参数：分段区间索引k＝0，多项式阶次M
k
＝2，优化误差ε0＝0；
[0024]步骤5：计算参数M
ek
＝M
ok
＝M
k
/2，其中，M
ek
表示Farrow结构中多项式阶次为偶数次幂的子滤波器个数，M
ok
表示Farrow结构中多项式阶次为奇数次幂的子滤波器个数；
[0025]并初始化子滤波器阶数：
[0026][0027]其中，N
mk
表示第m个子滤波器的阶数。此时，N
emk
＝N
omk
＝N
mk
。N
emk
表示索引为m的多项式阶次为偶数次幂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，其特征在于，针对多阵源天线采用级联的两级校正单元来进行通道校正；第一级校正单元采用整数延时存储器结合定义域等间隔分段的可变小数延时滤波器，对多阵源天线不同通道间的时延分布进行补偿；第二级校正单元采用基于加权最小二乘准则对时延补偿后的通道幅度进行均衡。2.如权利要求1所述的一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，其特征在于，所述第一级校正单元中：所述整数延时存储器采用FIFO或RAM存储器先进行存储，通过控制存储器的读出时刻实现整数延时；所述等间隔分段的可变小数延时滤波器，具体为：对小数延时定义域进行等间隔分段，利用Farrow结构原理分解可变小数延时滤波器，得到多个并行FIR子滤波器及延时控制单元，通过不断优化每个子滤波器系数，使得实际可变小数延时滤波器可变频率响应峰值误差达到最小，由此得到所述等间隔分段的可变小数延时滤波器。3.如权利要求2所述的一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，其特征在于，所述第二级校正单元采用如下方法进行均衡：先选择参考通道，该通道的均衡器是具有线性相位的全通滤波器；通过参考通道的频率响应与其他通道的频率响应相除得到理想的均衡滤波器响应；对第m通道均衡滤波器的理想频率响应离散化后，利用L阶复系数FIR滤波器进行拟合，根据通道参考通到幅频响应建立加权矩阵W，通过加权后最小二乘准则不断对误差函数进行优化，使得拟合误差最小，由此得到各通道最优的均衡滤波器，用于对该通道的通道幅度进行均衡。4.如权利要求2所述的一种时域补偿结合频域均衡级联结构的通道校正方法，其特征在于，所述第一级校正单元采用如下步骤对多阵源天线不同通道间的时延分布进行补偿：步骤1：利用FIFO或RAM对AD采样信号进行存储；将离线测得的需补偿的延时值分解为采样间隔整数倍的延时和不足一个采样间隔的小数延时；根据分解的整数延时值将数据从存储器中延时读出实现整数延时；步骤2：偶数阶可变小数延时滤波器的小数延时定义域为p∈[
‑
0.5,0.5]，利用等间隔分段准则将其分成K段，其中S
k
表示索引为k的分段区间，k＝0,1,...,K
‑
1，即步骤3：定义k
p
表示小数延时p所在分段区间的索引，即则：其中，表示向下取整，并且k
‑
p
＝k
p
；步骤4：初始化参数：分段区间索引k＝0，多项式阶次M
k
＝2，优化误差ε0＝0；步骤5：计算参数M
ek
＝M
ok
＝M
k
/2，其中，M
ek
表示Farrow结构中多项式阶次为偶数次幂的
子滤波器个数，M
ok
表示Farrow结构中多项式阶次为奇数次幂的子滤波器个数；并初始化子滤波器阶数：其中，N
mk
表示第m个子滤波器的阶数；此时，N
emk
＝N
omk
＝N
mk
；N
emk
表示索引为m的多项式阶次为偶数次幂的子滤波器阶数，N
omk
表示索引为m的多项式阶次为奇数次幂的子滤波器阶数，索引m表示Farrow结构中第m个子滤波器；步骤6：令其中表示N
k
中索引为m的元素加1后的结果；基于步骤7：根据参数M
ek
、M
ok
、构建实际可变小数延时滤波器的可变频率响应为H(ω,p)：其中，其中，其中，其中ω是归一化角频率；b
ek
为滤波器系数矩阵，b
emk
为b
ek
的行向量；f
k
为滤波器响应中实数成分矩阵，f
mk
为f
k
的行向量；g
k
为滤波器响应中虚数成分矩阵，g
mk
为g
k
的行向量；步骤8：根据理想可变小数延时滤波器的可变频率响应和实际可变小数延时滤波器的可变频率响应，得到可变频率响应误差为其中，H
I
(ω,p)为理想的可变频率响应；e
R
(ω,p)为可变频率响应误差e(ω,p)的实数部分；
‑
e
I
(ω,p)为可变频率响应误差e(ω,p)的虚数部分；步骤9：利用可变频率响应误差和小数延时定义域等间隔分段准则，偶数阶可变小数延时滤波器的minimax设计可以表示为其中，
在分段区间S
k
内进行minimax设计，得到峰值误差以及相应的滤波器系数b
ek
；步骤10：重复步骤6至步骤9，从m＝0遍历至m＝M
ek
‑
1，共可以得到M
ek
个峰值误差；从所有结果中选取最小的可变频率响应峰值误差即：并用相应的更新N
k
，即步骤11：判断是否大于如果大于，说明还需要进一步增加M
k
或者N
k
来降低进入步骤12；否则，说明当前分段区间已经优化完成，进入步骤13；步骤12：定义参数该参数表示相比上一次优化，本次优化可变频率响应峰值误差的降低比率，其中ε0表示上一次优化的在δ计算完成后，用当前更新ε0，即判断δ是否大于
△
，其中
△
表示给定门限；如果大于，返回步骤5；否则，令M
k
增加2，ε0＝0，并返回步骤5；步骤13：对下一个区间进行优化：令k＝k+1，M
k
＝M
k
‑1，返回步骤5；将步骤5至步骤12从k＝0遍历至k＝K
‑
1，即在当前分段个数下，完成所有分段区间内的优化；步骤14：设置窗函数w
em
(n)、w
om
(n)继续优化相邻子滤波器的系数个数：其中，w
em
(n)中1的个数表示索引为m的多项式阶次为偶数次幂的子滤波器系数个数，w
om
(n)中1的个数表示索引为m的多项式阶次为奇数次幂的子滤波器系数个数；则式(39)可改写为其中，m＝1,2,...,M
ek
；步骤15：令当前优化窗函数并令中的最后一个非零元素置为0，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑哲，周扬，王潜，刘浩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：