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基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法與流程

文檔序號:12456747閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法,包括如下步驟:

(1)假設探測區(qū)域內(nèi)信號源數(shù)N為1,共形陣列參考單元的偏移角度φ1為零或已知,利用接收數(shù)據(jù)計算協(xié)方差矩陣R,并對該協(xié)方差矩陣R進行特征分解,得到白噪聲功率σ2和噪聲子空間UN,其中協(xié)方差矩陣的表達式為:

<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>K</mi> </mfrac> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </munderover> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>x</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>H</mi> </msup> <mo>,</mo> </mrow>

其中,K為接收數(shù)據(jù)的快拍數(shù),x(t)為第t次快拍的接收數(shù)據(jù),(·)H為接收數(shù)據(jù)矩陣取共軛轉(zhuǎn)置;

(2)利用協(xié)方差矩陣R和白噪聲功率σ2,計算共形陣列中各陣元的相對接收強度并由計算得到的共形陣列中各陣元的相對接收強度構(gòu)建對角化矩陣,該矩陣即共形陣列的相對幅度誤差矩陣

(3)設定迭代序數(shù)變量j、第j次迭代中波達方向估計角度θj和代價函數(shù)Jj,并對序數(shù)變量j、波達方向估計角度θj以及代價函數(shù)Jj進行初始化,使j=1,θ1=0,J1=0;

(4)由波達方向估計角度θj計算共形陣列參考陣元的絕對接收強度F(1),再利用共形陣列參考陣元的絕對接收強度F(1)計算共形陣列的絕對幅度誤差矩陣F,并利用共形陣列的絕對幅度誤差矩陣F計算共形陣列中各陣元的偏移角度φ12,…,φM

(5)利用共形陣列中各陣元的偏移角度φ12,…,φM,計算共形陣列中各陣元的偏移斜率ρ1 ρ2 … ρM,并根據(jù)計算出的共形陣列中各陣元的偏移斜率ρ1 ρ2 … ρM,利用多項式曲線擬合算法擬合出共形陣列的斜率曲線f(x),再對擬合出的共形陣列的斜率曲線f(x)進行積分,得到共形陣列的變形曲線F(x),最后利用積分得到的共形陣列的變形曲線F(x),計算共形陣列中陣元的偏移量矢量y;

(6)根據(jù)計算出的共形陣列中陣元的偏移量矢量y,計算共形陣列的相位誤差矩陣W,并根據(jù)共形陣列的相位誤差矩陣W,得到變形后共形陣列的響應矩陣Γ(θj)A(θj),將該響應矩陣Γ(θj)A(θj)代入MUSIC譜函數(shù),搜索MUSIC譜,得到波達方向估計角度θj+1

(7)利用波達方向估計角度θj+1計算代價函數(shù),將代價函數(shù)的值代入收斂條件,判斷收斂條件是否滿足,若是,則代表共形陣列幅相誤差校正完成,輸出波達方向估計角度θj+1;否則,令j=j+1,執(zhí)行步驟(4)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法,其特征在于,步驟(2)中所述的共形陣列的相對幅度誤差矩陣其獲取步驟為:

2a)利用協(xié)方差矩陣R與白噪聲功率σ2,計算共形陣列中各陣元的相對接收強度計算公式為:

<mrow> <msub> <mover> <mi>&alpha;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>&lt;</mo> <mn>1</mn> <mo>&gt;</mo> </mrow>

其中,Ri,i為協(xié)方差矩陣R第i個對角元素,M為共形陣列陣元數(shù)目;

2b)將共形陣列中各陣元的相對接收強度通過下式構(gòu)建共形陣列的相對幅度誤差矩陣

<mrow> <mover> <mi>F</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>=</mo> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>a</mi> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mover> <mi>&alpha;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>&alpha;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <msub> <mover> <mi>&alpha;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mi>M</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>&lt;</mo> <mn>2</mn> <mo>&gt;</mo> </mrow>

其中,diag(·)表示由序列構(gòu)建對角化矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法,其特征在于,步驟(4)中所述的計算共形陣列中各陣元的偏移角度φ12,…,φM,其實現(xiàn)步驟為:

4a)利用波達方向估計角度θj,計算共形陣列參考陣元的絕對接收強度F(1):

F(1)=f(θj1), <3>

其中,φ1為共形陣列參考陣元的偏移角度;

4b)利用共形陣列參考陣元的絕對接收強度F(1)和共形陣列的相對幅度誤差矩陣根據(jù)計算共形陣列的絕對幅度誤差矩陣F;

4c)利用共形陣列的絕對幅度誤差矩陣F,計算信號源相對于共形陣列中各陣元的波達方向η12,…ηM,其計算公式為:

ηi=f-1(Fi,i),i=1,2,…,M, <4>

其中,F(xiàn)i,i表示共形陣列的絕對幅度誤差矩陣F的第i個對角元素,f(θ)為共形陣列單元天線的方向圖函數(shù),(·)-1表示該方向圖函數(shù)的反函數(shù),如果Fi,i≥1,則強制設置f-1(Fi,i)為0;

4d)取共形陣列中各陣元沿X軸正方向依次排列,根據(jù)波達方向η12,…ηM的增減情況,計算共形陣列中各陣元的偏移角度φ12,…φi…,φM,其中,φi為共形陣列中第i個陣元偏離X軸的角度,且偏移角度φi偏向Y軸正方向時角度為正:

(1)如果η12,…ηM是遞減排列,則共形陣列中各陣元的偏移角度:

φi=ηij,i=1,2,…M; <6>

(2)如果η12,…ηM是遞增排列,則共形陣列中各陣元的偏移角度:

φi=θji,i=1,2,…M; <7>

(3)如果η12,…ηM是先增后減排列,取η12,…ηp為遞增排列,ηp+1p+2,…ηM為遞減排列,則前p項共形陣列中各陣元的偏移角度:

φi=θji,i=1,2,…p; <8>

后(M-p)項共形陣列中各陣元的偏移角度:

φi=ηij,i=p+1,p+2,…M, <9>

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法,其特征在于,步驟(5)中所述的計算共形陣列中陣元的偏移量矢量y,其實現(xiàn)步驟為:

5a)利用共形陣列中各陣元的偏移角度φ12,…,φM,計算共形陣列中各陣元的偏移斜率ρ12,…,ρM

ρi=tan(φi)i=1,2…,M; <9>

5b)取共形陣列中各陣元的偏移斜率ρ12,…,ρM滿足以X軸坐標變量為自變量的(M-1)階多項式曲線,即共形陣列的斜率曲線:

f(x)=a1xM-1+a2xM-2+…+aM-1x+aM, <10>

其中,a1,a2,…aM為常數(shù),x為陣元的X軸坐標變量;將共形陣列陣元的X軸坐標點x1,x2,…,xM代入式<10>中,得到關(guān)系式:

其中,[x1,x2,…,xM]T為共形陣列中陣元的X軸坐標點矢量,(·)T表示轉(zhuǎn)置運算,ρ=[ρ1ρ2 … ρM]T為共形陣列中陣元的偏移斜率矢量;將關(guān)系式<11>簡化為

aX1=ρ <12>

其中,a=[a1 a2 … aM]T為共形陣列的斜率曲線f(x)的系數(shù)矢量,表示以共形陣列中陣元的X軸坐標點為元素的范德蒙矩陣;將式<12>兩邊右乘矩陣得到計算共形陣列的斜率曲線f(x)的系數(shù)矢量a的表達式:

<mrow> <mi>a</mi> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&rho;X</mi> <mn>1</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>,</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>&lt;</mo> <mn>13</mn> <mo>&gt;</mo> </mrow>

其中,為矩陣X1的逆矩陣,并利用該式與共形陣列中陣元的偏移斜率矢量ρ、矩陣計算共形陣列的斜率曲線f(x)的系數(shù)矢量a;

5c)共形陣列變形曲線F(x)滿足M階多項式:

F(x)=b1xM+b2xM-1+…+bMx+bM+1 <14>

其中,b1,…bM,bM+1為共形陣列的變形曲線F(x)的系數(shù),取常量bM+1=0,由共形陣列的變形曲線F(x)與共形陣列的斜率曲線f(x)的積分關(guān)系得到:

<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>F</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mi>Mx</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>x</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <mn>...</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>M</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>&lt;</mo> <mn>15</mn> <mo>&gt;</mo> </mrow>

其中,(·)'表示對共形陣列的變形曲線取導數(shù),對比式<10>與式<15>中的系數(shù),得到

a=b⊕[M,M-1,…,1]T <16>

其中,b=[b1,b2,…,bM]T為共形陣列的變形曲線F(x)的系數(shù)矢量,⊕為矩陣的Hadamard積,將式<16>簡化,得到計算共形陣列的變形曲線F(x)的系數(shù)矢量b的表達式:

b=a⊕n, <17>

其中,并利用該式與矢量n、共形陣列的斜率曲線f(x)的系數(shù)矢量a計算共形陣列變形曲線F(x)的系數(shù)矢量b;

5d)利用共形陣列變形曲線F(x)的系數(shù)矢量b與式<14>,計算共形陣列中陣元的偏移量矢量y:

y=bX2, <18>

其中,y=[y1 y2 … yM]T

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