專利名稱：基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通訊技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)八單元圓陣天線的互耦校正，得到精確的陣列信號(hào)處理結(jié)果。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外在雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域中，天線互耦校正方法主要采用基于子空間理論的互耦合校正和基于最優(yōu)化理論的互耦合校正兩種方法。中國(guó)人民解放軍空軍工程大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院在其專利申請(qǐng)文件《適用于均勻圓陣的陣列互耦校正和信源測(cè)向方法》(公開號(hào)CN101149429A，申請(qǐng)?zhí)?00610113171.0，申請(qǐng)日2006.9.18)中公開了一種基于子空間理論的互耦合校正方法。該方法將經(jīng)過(guò)自適應(yīng)均衡處理后的數(shù)據(jù)生成陣列協(xié)方差矩陣，并對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，由小特征向量組成噪聲子空間，并利用子空間原理構(gòu)造代價(jià)函數(shù)，然后利用代價(jià)函數(shù)進(jìn)行到達(dá)角的估計(jì)和互耦誤差的計(jì)算。該專利申請(qǐng)文件存在的不足是，對(duì)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性有嚴(yán)格的要求，通常要求不同方向的來(lái)波信號(hào)統(tǒng)計(jì)不相關(guān)，這在實(shí)際中是很難被滿足的，導(dǎo)致到達(dá)角的估計(jì)誤差較大，互耦校正效果不理想。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所在其專利申請(qǐng)文件《陣列天線單點(diǎn)去互耦校正方法》(公開號(hào)CNlO22O8932A,申請(qǐng)?zhí)?01110090457.2，申請(qǐng)日2011.4.11)中公開了一種基于最優(yōu)化理論的互耦合校正方法。該方法首先測(cè)量出校正信號(hào)源到天線陣列法線方向的入射角度，并測(cè)出各個(gè)陣元的輸出響應(yīng)。然后利用信號(hào)源方向和陣元響應(yīng)構(gòu)造代價(jià)函數(shù)，求出代價(jià)函數(shù)的極值得到互耦校正矩陣。該專利申請(qǐng)文件存在的不足是，需要精確的測(cè)量校正信號(hào)源的到達(dá)角，而實(shí)際中很難精確的測(cè)量校正信號(hào)源的到達(dá)角，導(dǎo)致求解出的互耦校正矩陣誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，采用壓縮感知理論精確地計(jì)算校正信號(hào)源的到達(dá)角，解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法精確獲得校正信號(hào)源到達(dá)角的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的思路是，在只考慮相距為2以內(nèi)陣子之間的耦合效應(yīng)以及陣子之間的耦合效應(yīng)互逆的情況下，采用壓縮感知理論精確地計(jì)算出校正信號(hào)源的到達(dá)角，結(jié)合最優(yōu)化理論計(jì)算出八單元圓陣天線的互耦合矩陣，繼而對(duì)八單元圓陣天線接收信號(hào)進(jìn)行校正。為了實(shí)現(xiàn)上 述目的，本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)步驟包括如下:(1)設(shè)定擬估計(jì)的路數(shù)；(2)放置校正信號(hào)源；在八單元圓陣天線的遠(yuǎn)場(chǎng)任一位置放置校正信號(hào)源；
(3)估計(jì)校正信號(hào)源到達(dá)角范圍；(4)確定校正信號(hào)源到達(dá)角:4a)在校正信號(hào)源到達(dá)角的范圍內(nèi)等間隔的選取多個(gè)觀測(cè)角度；4b)構(gòu)建所選取的每個(gè)觀測(cè)角度的導(dǎo)向矢量變形矩陣；4c)用導(dǎo)向矢量變形矩陣構(gòu)建字典矩陣；4d)通過(guò)稀疏估計(jì)重構(gòu)稀疏向量；4e)在稀疏向量中提取耦合系數(shù)向量；4f)估計(jì)校正信號(hào)源到達(dá)角；(5)判斷是否已估計(jì)完設(shè)定的路數(shù)；判斷是否已完成步驟(I)所擬設(shè)定的估計(jì)路數(shù)，如果已完成，執(zhí)行步驟(7);否則，執(zhí)行步驟(6)；(6)重新放置校正信號(hào)源；將校正信號(hào)源放置于已估計(jì)完成路數(shù)不同的位置，執(zhí)行步驟(3)；(7)構(gòu)建互耦校正矩陣:7a)按照下式求互耦系數(shù)矢量:
權(quán)利要求
1.基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其步驟如下: (1)設(shè)定擬估計(jì)的路數(shù)； (2)放置校正信號(hào)源； 在八單元圓陣天線的遠(yuǎn)場(chǎng)任一位置放置校正信號(hào)源； (3)估計(jì)校正信號(hào)源到達(dá)角范圍； (4)確定校正信號(hào)源到達(dá)角: 4a)在校正信號(hào)源到達(dá)角的范圍內(nèi)等間隔的選取多個(gè)觀測(cè)角度； 4b)構(gòu)建所選取的每個(gè)觀測(cè)角度的導(dǎo)向矢量變形矩陣； 4c)用導(dǎo)向矢量變形矩陣構(gòu)建字典矩陣； 4d)通過(guò)稀疏估計(jì)重構(gòu)稀疏向量； 4e)在稀疏向量中提取耦合系數(shù)向量； 4f)估計(jì)校正信號(hào)源到達(dá)角； (5)判斷是否已估計(jì)完設(shè)定的路數(shù)； 判斷是否已完成步驟(I)所擬設(shè)定的估計(jì)路數(shù)，如果已完成，執(zhí)行步驟(7);否則，執(zhí)行步驟⑶; (6)重新放置校正信號(hào)源； 將校正信號(hào)源放置于已估計(jì)完成路數(shù)不同的位置，執(zhí)行步驟(3)； (7)構(gòu)建互耦校正矩陣: 7a)按照下式求互耦系數(shù)矢量:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟(I)所述的路數(shù)是由互耦校正矩陣的計(jì)算時(shí)間和精度確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟(3)所述估計(jì)校正信號(hào)源到達(dá)角范圍的具體步驟如下: 第一步:通過(guò)全球定位系統(tǒng)或經(jīng)緯儀測(cè)量得到校正信號(hào)源到達(dá)角的測(cè)量值α ； 第二步:將校正信號(hào)源到達(dá)角范圍選定為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟4a)所述的等間隔取值范圍為0.1° 1°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟4b)所述導(dǎo)向矢量變形矩陣的構(gòu)建步驟如下: 第一步:將校正信號(hào)源到達(dá)角的范圍內(nèi)等間隔選取的多個(gè)觀測(cè)角度按從小到大順序排列，選取最小的觀測(cè)角度值作為第一個(gè)觀測(cè)角度； 第二步:按照下式計(jì)算所選取觀測(cè)角度的八單元圓陣天線導(dǎo)向矢量:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟4c)中所述的字典矩陣是將所有觀測(cè)角度的導(dǎo)向矢量變形矩陣按觀測(cè)角度值從小到大橫向排列構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟4d)中所述的稀疏向量是按照下式求解得到:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟4e)中所述提取耦合系數(shù)向量的具體步驟如下: 第一步:將稀疏向量中各元素以三個(gè)為一組，組成子向量； 第二步:求每個(gè)子向量的模值，找出模值最大的子向量即為耦合系數(shù)向量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，其特征在于:步驟4f)中所述估計(jì)校正信號(hào)源到達(dá)角的具體步驟如下: 第一步:統(tǒng)計(jì)耦合系數(shù)向量在稀疏向量中的位置； 第二步:提取步驟4a)所選取的多個(gè)觀測(cè)角度中與耦合系數(shù)向量在稀疏向量中的位置相對(duì)應(yīng)位置的觀測(cè)角度，確定此觀測(cè)角度為校正信號(hào)源到達(dá)角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知的八單元圓陣天線互耦校正方法，主要解決現(xiàn)有互耦校正方法對(duì)校正信號(hào)源到達(dá)角估計(jì)精度不高的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下(1)設(shè)定擬估計(jì)的路數(shù)；(2)放置校正信號(hào)源；(3)估計(jì)校正信號(hào)源到達(dá)角范圍；(4)確定校正信號(hào)源到達(dá)角；(5)判斷是否已估計(jì)完設(shè)定的路數(shù)；(6)重新放置校正信號(hào)源；(7)構(gòu)建互耦校正矩陣；(8)校正天線接收信號(hào)。本發(fā)明具有對(duì)校正信號(hào)源到達(dá)角估計(jì)精度高的優(yōu)點(diǎn)，不僅能對(duì)八單元圓陣天線進(jìn)行精確地互耦校正，還可用于對(duì)八單元圓陣天線接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。
文檔編號(hào)H04B7/04GK103152082SQ201310047119
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者王俊, 呂小永, 劉杰, 王海濤 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)