[發明專利]一種傳感器陣列陣元幅相響應和陣元位置的聯合校準方法

有效

• 申請號: 201811379009.2
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109782238B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 楊龍;楊益新
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S7/52;G06F17/16
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種傳感器陣列陣元幅相響應和陣元位置的聯合校準方法，其特征在于：待校準陣列陣元相位響應和位置均存在誤差，陣元數為M，水聽器位置為p_m＝[x_m,y_m]^T,m＝1,2,...,M，x_m,y_m為第m個陣元在x和y軸的坐標；已知第m和第m+1個陣元間距為Δ_m,m＝1,2,...,M-1；第一個傳感器為參考陣元，其相位已校準，位置已知；陣列接收目標信號數目為K，目標方位θ_k已知，其中k＝1,...,K；步驟如下：

步驟1：矩陣x(t)傳感器陣列接收數據，總處理時間內采樣點數為T，將T個采樣點平均分為L段，每一段數據矩陣為x_l(t)；

對每一段數據矩陣進行Q點的快速Fourier變換，得到頻域數據矩陣x_l(f)；

步驟2：計算Q個頻點的采樣協方差矩陣其中q＝1,2,...,Q，f_q表示第q個頻點處的頻率值；

步驟3：對協方差矩陣進行特征分解獲得主特征值對應的信號子空間U_q，其中Λ_q和Γ_q為對角矩陣，對角線元素為特征向量，V_q為信號子空間；

步驟4：估計噪聲功率為其中diag{}表示提取矩陣的對角線元素，并排成一列向量，mean{}表示對列向量求平均運算；計算陣元幅度響應估計值為

步驟5：構建(M-1)×K²維矩陣K_q＝[k_q,(1)；k_q,(2)；...；k_q,(M-1)]，

其中第m行u_q(m)為信號子空間U_q的第m列，上標H為共軛轉置算子，上標T為轉置算子，vec{}為矩陣向量化運算算子；

步驟6：對矩陣K_q進行奇異值分解，即其中G_q和Q_q為分別為(M-1)×(M-1)維左奇異矩陣和K²×K²維右奇異矩陣，X_q為對角矩陣，對角線元素為奇異值；

步驟7：取右奇異矩陣Q_q的K²-K+1～K²個列向量組成K²×K維矩陣定義K×1維向量b₁＝[1,1,...,1]^T，K×1維向量b₂＝[K,K-1,...,1]^T，計算出矩陣和矩陣其中vec^-1{}為向量矩陣化運算算子；

步驟8：對矩陣進行特征分解，得到特征向量矩陣為W_q；從而，陣列流形估計值為其中{}^-1表示矩陣求逆運算；

步驟9：令m＝1

步驟10：令q₁＝1

步驟11：q₂＝Q/2+q₁，構建矩陣其中和為陣列流形矩陣和的第m行第k列元素的相位，angle{}表示求相位運算算子；

步驟12：計算第m個陣元的候選位置其中C＝[u₁,...,u_K]^T，u_k＝[cosθ_k,sinθ_k]^T，e_k為單位向量，即第k個元素值為1，其余元素值為0，c_k為一個整數，且c_k∈{-N_c,...,0,...,N_c}，N_c為一整數，取值為M/π，其中c為波在介質中傳播的速度，頻點q₂＝Q/2+q₁,q₁＝1,2,...,Q/2；

步驟13：得到第m個陣元在各頻點的坐標:

其中|| ||表示向量l2范數，| |表示絕對值運算；

步驟14：如果q₁Q/2，則q₁＝q₁+1，并返回步驟11操作；如果q₁＝Q/2，則進行下一步；

步驟15：計算陣元位置估計值，即

步驟16：利用估計的陣元位置獲得各頻點的陣元相位響應其中mod(2π)表示按2π求模運算，最后對頻域估計的陣元相位進行平均，得到陣元的相位響應為

步驟17：如果mM，則m＝m+1，并返回步驟10；如果m＝M，則校準完成。