[發明專利]基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法

有效

• 申請號: 201611214792.8
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106772221B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 李文濤;杜文豪;徐艷紅;雷亞杰;崔燦;史小衛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S3/00
• 分類號: G01S3/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

本發明提出了一種基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法，用于解決現有機翼共形陣列幅相誤差校正方法中存在穩定性低、實時性差的技術問題，實現步驟為：由接收數據計算協方差矩陣并進行特征分解，計算白噪聲功率與噪聲子空間；由協方差矩陣計算共形陣列的幅度誤差矩陣；利用幅度誤差矩陣擬合出機翼變形曲線；利用機翼變形曲線計算共形陣列的相位誤差矩陣，并結合幅度誤差矩陣計算共形陣列響應矩陣，搜索MUSIC譜得到波達方向估計角度；計算代價函數，最后輸出滿足收斂條件時的波達方向估計結果。本發明不需要少數精確已校正陣元，有效避免產生更多的系統誤差，穩定性高，并且以波達方向作為優化變量，計算速度快，實時性好。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，涉及均勻線陣的振動誤差校正方法，具體涉及一種基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法，可用于飛機翼面發生振動時機翼共形陣列進行波達方向估計。

背景技術

共形陣列天線為陣列單元附著于非平面載體上面，形成載體上的靈巧蒙皮。相比傳統的面陣，共形陣列具有優良的空氣動力學性能、更寬的波束掃描范圍以及更小的雷達散射面積等特性，并廣泛用于導彈、火箭、飛機和艦船等。由于載體結構不穩定以及安裝誤差影響，陣列單元會發生位置偏移，產生陣列幅相誤差，引起共形陣列波束寬度、增益等性能嚴重下降。為保證共形陣列正常工作，需要對共形陣列的幅相誤差進行校正，常見的校正方法包括自校正方法和有源校正方法兩種。有源校正方法需要方位已知的信號源，但是實際工作中的信號源已知方位往往與真實值存在一定偏差，導致校正穩定性不理想，并且該方法不能對方位依賴的幅相誤差進行校正。自校正方法一般通過聯合估計陣列誤差參數和信號方位實現校正，不需要已知信號源的方位，可以實現對方位依賴的幅相誤差進行校正。

當載體為機翼表面時，由于受到自身或外界因素影響，結構表面會發生振動變形，引起方位依賴的陣列幅相誤差。由機翼振動引起的共形陣列幅相誤差具有以下特點：

1.機翼形變較大，容易產生2π模糊，并且陣元距離機翼根部越遠，幅相誤差越大。

2.陣列位置發生變化，會產生相位誤差；如果陣元是定向天線，當陣元波束指向發生偏移，由于陣元不同方向增益不同，將產生幅度誤差。

對于由機翼振動引起的共形陣列幅相誤差，普遍使用自校正方法進行校正。自校正方法一般可以分為兩類：一類方法為采用由幾個精確已校正的陣元和未校正陣元組成部分校正陣列，來實現對幅相誤差的校正，這種部分校正陣列方法不能保證所有情況下都可以預先設置幾個精確已校正陣元，當已校正陣元存在誤差時，該方法的校正效果將嚴重下降，所以穩定性不高。另一類自校正方法采用聯合估計陣列誤差參數方法，以幅相誤差矢量作為優化變量，待優化空間大、收斂速度慢的缺點，導致算法的實時性較差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種基于機翼形變擬合的共形陣列幅相誤差校正方法，用于解決現有機翼共形陣列幅相誤差校正方法中存在穩定性低和實時性差的技術問題。

本發明的技術思路是：首先計算協方差矩陣并進行特征分解，其次計算白噪聲功率與噪聲子空間，由協方差矩陣計算共形陣列中陣元的幅度誤差矩陣，通過幅度誤差矩陣擬合出機翼變形曲線，并計算共形陣列存在的相位誤差矩陣，再結合幅度誤差矩陣得到共形陣列響應矩陣，從而搜索MUSIC譜得到波達方向估計角度，計算代價函數，最后輸出滿足收斂條件時的波達方向估計結果。

根據上述思路，實現本發明目的采取的技術方案包括如下步驟：

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