【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁涡旋雷达信号处理，具体涉及一种电磁涡旋阵列幅相误差校正方法。
技术介绍
1、与传统的平面电磁波不同，通过调制轨道角动量(oam)，电磁涡旋波具有一些特殊的特性，如环形波束，螺旋波前，以及oam模态的正交性。在过去的十年中，由于这些特殊的特性，涡旋电磁波已被广泛关注，如无线通信，遥感，和地形测高等领域。
2、在雷达领域，电磁涡旋波在合成孔径雷达成像、合成孔径雷达干涉测量以及红外成像中的均有应用，且相比于平面波，明显提高了成像能力，但这些应用都忽略了涡旋阵列的幅相误差，由于阵列多通道的幅相不一致，将直接影响到理想情况下的阵列流形，从而导致这些高分辨率来波方向(direction of arrival，doa)估计算法的性能急剧下降，以及探测和成像性能的急剧下降。
3、传统相控阵阵列幅相误差校正算法目前主要分为两大类。第一类是自校正类算法(也称为在线校正)。自校正类方法在联合估计信号doa和阵列幅相误差时，不需要校正源，利用优化方法即可完成估计。常见的幅相误差自校正算法是基于迭代方法求解多维优化问题，该类方法的运算量较大，而且估计结果可能会存在模糊。第二类是有源校正类算法(也称为离线校正)，即通过额外放置辅助源来对未知的阵列误差进行离线校正。因为校正源的方位信息是已知的，所以在用进化算法进行参数估计时不用再估计信号源的方位参数，从而降低了计算复杂度，且估计精度高。
4、常用的优化方法主要有遗传算法(genetic algorithm，ga)、粒子群优化算法(particle swa
5、目前已有公开资料分析了电磁涡旋阵列幅相误差对oam生成、模态纯度、方向图旁瓣的影响，从而导致电磁涡旋雷达探测和成像性能的下降，但是未见基于电磁涡旋阵列的幅相误差校正方法公开。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种电磁涡旋阵列幅相误差校正方法，对涡旋阵列误差进行了有效补偿，提高了电磁涡旋雷达探测和成像性能。
2、本专利技术的技术方案是：一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，所述电磁涡旋阵列为圆形阵列，该方法包括如下步骤：
3、s1、建立电磁涡旋阵列的回波信号模型，所述回波信号模型为关于涡旋阵列幅相误差的函数；
4、s2、根据已知辅助信号源的来波方向，基于music算法的谱峰搜索函数，构造包含涡旋阵列幅相误差的目标函数；
5、s3、将涡旋阵列幅相误差作为待优化参数，采用进化算法对待优化参数进行搜索使目标函数达到最优，得到的全局最优值，即为涡旋阵列幅相误差估计值。
6、优选地，所述电磁涡旋阵列的回波信号模型为：
7、
8、其中，t为采样时刻，γ(γ,β)＝diag[γ1exp(jβ1),…,γnexp(jβn)]表示幅相误差对角阵，γ＝[γ1,γ2,…,γn]表示幅度误差向量，γn表示第n个阵元对应通道的幅度误差,β＝[β1,β2,…,βn]表示相位误差向量，βn表示第n个阵元对应通道的的相位误差；
9、
10、
11、
12、
13、其中，θ＝[θ1,θ2,…,θn]表示目标俯仰角向量，θm表示第m个目标的俯仰角,表示目标方位角向量，表示第m个目标的方位角；表示天线阵列接收m个目标散射回波响应得到的流形矩阵，表示第m个目标散射回波响应得到的流形向量；m表示目标的个数，n表示阵元个数，rm和σm分别表示第m个目标的距离和散射系数，sr(t)为接收信号向量，表示第m个接收信号，n(t)表示噪声信号向量，nm(t)表示第m个噪声信号，st(t)为发射信号波形，f0是发射信号的中心频率，a是圆形阵列的半径，k＝2π/λ，λ是发射信号波长，φn＝2π(n-1)l/n是第n个阵元发射信号的相位，l是oam模态数，jl(kasinθm)是模态为l的第一类贝塞尔函数，[·]t表示转置运算。
14、优选地，所述目标函数为：
15、
16、其中，表示辅助信号源的来波方向，en表示噪声子空间，[·]h表示共轭转置运算，max{·}表示取最大值运算。
17、优选地，所述采用进化算法对待优化参数进行搜索的具体步骤如下：
18、s3.1、设定iwo-pso参数，将电磁涡旋阵列中n个阵元对应通道的幅相误差分别作为种群中的粒子，随机初始化种群y＝[y1,...,yp]，其中，yi为第i个粒子，yi＝[(γi,1,βi,1),...,(γi,n,βi,n)]，γi,j和βi,j为电磁涡旋阵列中第j个阵元对应通道的幅度误差和相位误差，所述iwo-pso参数包括最大种群数pmax，进化代数iter，进化代数iter初始化为1；
19、s3.2、根据目标函数，计算杂草适应度值，将各适应度值从大到小排列，得到最大适应度值fmax、最小适应度值fmin，并将最大适应度值fmax所对应的粒子记为当前时刻整个种群找到的全局最优解pgd(iter)；
20、s3.3、根据粒子群算法更新杂草的移动速度与位置，形成新的杂草种群；
21、s3.4、根据杂草适应度值、最大适应度值fmax、最小适应度值fmin，计算当前种群杂草生长繁殖所产生的种子个数；
22、s3.5、将杂草产生的种子按照均值为0，标准差为σ的正态分布分散在杂草的周围，对杂草进行空间扩散；
23、s3.6、将所有种子的适应度值从大到小排列并长成新的杂草，选择前pmax个杂草作为新的种群，超过最大种群数目的杂草将被淘汰；
24、s3.7、重复步骤s3.2到步骤s3.7，直至达到最大进化代数，当前时刻整个种群找到的全局最优解pgd(iter)即为幅相误差估计值
25、优选地，所述更新杂草的移动速度与位置的算法为：
26、vid(iter+1)＝wvid(iter)+c1r1(pid(iter)-xid(iter))+c2r2(pgd(iter)-xid(iter))
27、xid(iter+1)＝xid(iter)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，所述电磁涡旋阵列为圆形阵列，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，其特征在于所述电磁涡旋阵列的回波信号模型为：
3.根据权利要求2所述的一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，其特征在于所述目标函数为：
4.根据权利要求1所述的一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，其特征在于所述采用进化算法对待优化参数进行搜索的具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，其特征在于所述更新杂草的移动速度与位置的算法为：
6.根据权利要求4所述的一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，其特征在于幅度误差估计值和相位误差估计值当前标准差按照下式改变：
7.根据权利要求4所述的一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，其特征在于所述σinit(γ)和σfinal(γ)分别通过如下公式确定：
8.根据权利要求4所述的一种电磁涡旋阵列幅相误差估计方法，其特征在于所述σinit(β)和σfinal(β)分别通过如下公式确定：
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