專利名稱：一種基于強散射點的均勻線陣校準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于強散射點的均勻線陣校準方法。
背景技術(shù)：
陣列天線是由許多相同的單個天線按一定規(guī)律排列組成的天線系統(tǒng)，也稱天線陣。陣列天線按單元排列可分為線陣和面陣。最常用的線陣是各單元的中心依次等距排列在一直線上的直線陣，也叫做均勻線陣。線陣的各單元也有不等距排列的，各單元中心也可以不排列在一直線上，例如排列在圓周上。多個直線陣在某一平面上按一定間隔排列就構(gòu)成平面陣，若各單元的中心排列在球面上就構(gòu)成球面陣。在實際應(yīng)用中，由于天線物理位置偏差、各陣列元素饋線阻抗失配、電離層擾動以及傳播異常等造成雷達接收天線存在通道幅相不一致性，這種不一致性會使得空間超分辨方法性能嚴重下降，因此需要對接收天線陣列進行校準。對于使用陣列天線的雷達，通常采用自校準技術(shù)，即不需要額外的人工信號源，人工輻射源的成本很高，對于長期的使用和維護需要消耗大量的人力和物力資源。到目前為止有許多無源校準方法，總體說來可以分為三類第一類是利用數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的特殊結(jié)構(gòu)來進行陣列校準。該類方法利用協(xié)方差矩陣的To印Iitz特性構(gòu)造關(guān)于幅相誤差的方程組，利用最小二乘的方法求解方程組。但是此方法存在測向模糊，需要額外增加相鄰陣列元素的相位差以消除測向模糊。第二類方法是利用極大似然準則來構(gòu)造代價函數(shù)來實現(xiàn)參數(shù)估計。該類方法適用于圓陣的陣列校準方法，該方法利用極大似然準則來聯(lián)合估計陣列元素位置誤差和信號源到達方位，但該方法只適用于圓陣。第三類方法是基于信號子空間和噪聲子空間正交的特點來估計信號的DOA 和陣列誤差。該類方法不局限于圓陣和線陣，可以應(yīng)用于任意幾何形式的陣列。但該方法有三個限制(1)對于線陣，由于其導(dǎo)向矢量的范德蒙特性，校準算法解不唯一 ；(2)對于非直線陣，陣列元素數(shù)目大于4，否則，校準算法性能急劇下降；(3)對非直線陣，當陣列元素數(shù)目大于4時，對于某些特殊的陣列結(jié)構(gòu)和方位組合，校準算法的解也不唯一。所以這些校準方法還不夠準確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的陣列校準方法不夠準確的問題，提供一種基于強散射體的均勻線陣校準方法。本發(fā)明的一種基于強散射體的均勻線陣校準方法，它包括如下步驟步驟一根據(jù)天線陣列接收到的回波數(shù)據(jù)X' (t) = rx(t)+n(t)，利用空間協(xié)方
差矩陣估計值
權(quán)利要求
1.一種基于強散射點的均勻線陣校準方法，其特征在于它包括如下步驟步驟一 根據(jù)天線陣列接收到的回波數(shù)據(jù)X' (t) = rx(t)+n(t)，利用空間協(xié)方差矩陣估計值及=去)構(gòu)造出空間協(xié)方差矩陣R ；N n=\其中X(t)為陣列的MXl維快拍數(shù)據(jù)矢量，n(t)為陣列的MXl維噪聲矢量，Γ為陣列幅相誤差矩陣，具體表達式為廠=diag{gl exp(_M),於exp(^2),...,^m exp(^M)}，其中集合 {gm :m = 1，2，. . .，Μ}表示各個陣列元素上的增益，{% = 2,...,Μ}表示陣列相位不一致性誤差，j表示虛數(shù)；其中N為快拍數(shù)；步驟二 提取空間協(xié)方差矩陣R的每個元素的相位，構(gòu)造出空間協(xié)方差矩陣的相位矩陣Φ ；Rffl,k為矩陣R的第m行，第k列的元素，ctm,k為Rm,k的相位；步驟三對相位矩陣Φ的第一列Φ。做FFT運算，得到一個峰值，根據(jù)峰值的位置計算到得斜率α的估計值+丨，…^，其中…為要估計的相位誤差；步驟四利用原始相位矩陣Φ的第一列Φ。減去相位矩陣的線性部分，即得到陣列的相位誤差，即也=‘ ~ (Μ~\)，良即為估計出的相位誤差；步驟五利用空間協(xié)方差矩陣R的主對角線元素Rm,m，根據(jù)估計出的幅度誤差 L = ^KJrU，得到各陣列元素幅度，其中m = 1，2，. . .，M，M為陣元數(shù)；步驟六利用步驟四得到的相位誤差和步驟五得到的幅度誤差構(gòu)造出校準矩陣C，其中C = diag{gx exp(-7^),#2 exp(-^2),...,eXp(-#M)}；將校準矩陣 C 左乘到 X' (t)上即完成了對陣列的校準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于強散射點的均勻線陣校準方法，其特征在于步驟三中對相位矩陣Φ的第一列Φ。做FFT運算的過程中，采用一種二項式擬合的方法步驟一對相位矩陣Φ的第一列Φ。進行FFT，得到最大值所對應(yīng)的橫坐標為F，F(xiàn)對應(yīng)的幅度為y (F)，則再取(F-l,y(F-l)), (F+l，y(F+l))兩點坐標；步驟二 利用上述得到的三個點對二項式y(tǒng)(f) = h+kif+kj2進行擬合，求出二項式系數(shù)h，ki; 1 ，從而對y(f)求導(dǎo)數(shù)得到最大值點所對應(yīng)的頻率，該頻率就是所要估計的斜率
全文摘要
一種基于強散射點的均勻線陣校準方法，涉及一種基于強散射點的均勻線陣校準方法，為了解決現(xiàn)有的陣列校準方法不夠準確的問題。它包括根據(jù)天線陣列接收到的回波數(shù)據(jù)利用空間協(xié)方差矩陣估計值構(gòu)造出空間協(xié)方差矩陣R；提取空間協(xié)方差矩陣R的每個元素的相位，構(gòu)造出空間協(xié)方差矩陣的相位矩陣Φ；對相位矩陣Φ的第一列φm，1做FFT運算，得到一個峰值，根據(jù)峰值的位置計算到得斜率α的估計值根據(jù)斜率α的估計值利用原始相位矩陣Φ的第一列φm，1減去相位矩陣的線性部分，得到陣列的相位誤差；根據(jù)得到各陣列元素幅度；利用得到的相位誤差和幅度誤差構(gòu)造出校準矩陣C；將校準矩陣C左乘到收到的回波數(shù)據(jù)上即完成了對陣列的校準。本發(fā)明用于對均勻線陣的校準。本發(fā)明的校準更為準確。
文檔編號H01Q21/00GK102544755SQ20111045999
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者位寅生, 宋孝果, 童鵬, 許榮慶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)