[發明專利]一種雷達天線陣元位置的校正方法

有效

• 申請號: 201410369245.1
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104181513A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 陳伯孝;楊明磊;汪坤;雷文英
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于陣列信號處理領域，涉及一種雷達天線陣元位置的校正方法。

背景技術

為了估計出信號的到達角DOA(Direction?Of?Arrival)，然后估計出陣元的位置偏差,進而估計出陣元的位置，國內外進行了很多的研究。現在一種應用廣泛的方法是多重信號分類MUSIC(Multiple?Signal?Classification)算法,Schmidt?R?O等人在1979年提出了MUSIC算法。MUSIC算法的基本思想是將任意陣列的輸出數據的協方差矩陣進行特征值分解，從而得到與信號分量相對應的信號子空間和與信號分量正交的噪聲子空間，然后利用這兩個子空間的正交性來估計信號的參數(入射方向、極化信息及信號強度等)，從而可以估計出信號的DOA。

經過仿真發現，MUSIC算法雖然明顯提高了信號的分辨率，但是仍然會有偏差，當要求估計出精確地DOA時MUSIC算法仍然有它自己的局限性。同時，在實際的工程應用中，由于各種誤差不可避免，實際的陣列流型往往會出現一定的偏差或擾動，此時，通常的高分辨空間譜(如：MUSIC算法估計出的高分辨譜)估計算法的性能會嚴重惡化，甚至失效，因此，陣列誤差一直是高分辨空間譜估計技術受到限制的一個重要原因。于是，人們開始研究陣列誤差的校正。早期的陣列校正正是通過對陣列流型直接進行離散測量、內插、存儲來實現的，但這些方法實現代價較大而且效果并不明顯。

因此，20世紀90年代以后人們通過對陣列擾動進行建模，將陣列誤差校正逐漸轉化為一個參數估計問題。參數類的陣列校正方法通常可以分為有源校正類和自校正類。有源校正通過在空間設置方位精確已知的輔助信源對陣列擾動參數進行聯合估計，而自校正類方法通常根據某種優化函數對空間信源的方位與陣列的擾動參數進行聯合估計。這兩種算法各有優缺點：對于有源校正而言，不需要對信號源方位進行估計，所以其運算量較小，因此實際中被采納的比較多，但這類校正算法對輔助信號源有較高的精確方位信息要求；而自校正算法可以不需要方位已知的輔助信源，而且可以在線完成實際方位估計，所以校正的精度比較高，但由于誤差參數與方位參數之間的耦合和某些病態的陣列結構，參數估計的唯一辨識通常無法保證。因此在使用哪種方法來對陣列位置誤差進行校正時要考慮實際情況，本專利采用了自校正算法。在自校正算法中需要用到迭代，設代價函數為J，在每一方位和頻率迭代估計的每一步中都會減小，同時由于J≥0，所以該最優化過程可以保持收斂到一個局部最優點，但不一定是全局最優點。于是，自校正算法也存在自己的局限性：

(1)對于均勻線陣，由于其導向矢量的范德蒙特性，方位估計與相位誤差估計存在模糊性；

(2)陣元數小于4時算法失效，而且陣元數大于4時，對于某些特殊的陣列結構和方位組合，算法的解也可能不唯一。

因此無論是采用多重信號分類(MUSIC)算法還是自校正算法，都無法精確估計出陣元的位置，都會產生一定的誤差。由于這些缺點，本專利提出了下面的方法來估計陣元的位置，對實際很有指導意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種雷達天線陣元位置的校正方法，能夠估計出陣元的位置偏差，并進一步估計出陣元的位置。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種雷達天線陣元位置的校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，雷達天線接收原始的回波信號，建立該回波信號的模型矩陣Z；利用回波信號的模型矩陣Z求出回波信號的自相關矩陣R；并且設定雷達天線的N個陣元的位置矩陣(X',Y')，其中(X',Y')＝[(X'₁,Y'₁)(X'₂,Y'₂)...(X'_N,Y'_N)]^T表示N個陣元的位置矩陣；

步驟2，利用回波信號的模型矩陣Z和回波信號的自相關矩陣R估計出目標的到達角θ；構造到達角相關矩陣Q(θ)，并求出到達角相關矩陣Q(θ)的特征值對應的特征向量構成矩陣V；

步驟3，根據目標的到達角θ和到達角相關矩陣Q(θ)的特征值對應的特征向量構成矩陣V，估計出N個陣元的擾動矩陣Γ₁(θ)，Γ₁(θ)＝[(Γ₁(θ))₁,(Γ₁(θ))₂,...,(Γ₁(θ))_N)]^T；