[發明專利]一種基于陣列模型誤差估計值校準的方法

有效

• 申請號: 201910022210.3
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109709514B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 田野;王彥茹;徐鶴;岳紅;榮小柳;史佳欣
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01S5/10
• 分類號: G01S5/10;G01S5/02;G01S3/14;G01S3/02
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 劉陽

本發明公開了一種基于陣列模型誤差估計值校準的方法，屬于陣列天線及其誤差校準領域。本發明在陣列接收范圍內放一個位置信息已知的校準源，該校準源以T為時間間隔周期發送信號；在前后兩個時間段T內，利用陣列接收數據分別計算協方差矩陣，并進一步獲得其差值；對差值進行特征值分解獲得噪聲子空間矩陣，基于最小二乘法完成陣列模型誤差估計，并完成校準。本發明方法不僅可有效校準任意陣列的幅相誤差、陣元位置誤差和陣列互耦，而且對復雜噪聲和復雜源均具有很好的適用性。

技術領域

本發明屬于陣列天線及其誤差校準領域，具體涉及一種基于陣列模型誤差估計值校準的方法，主要解決現有陣列誤差校準技術適用性差、校準效果不理想的問題。

背景技術

在實際的陣列天線接收系統中，由于陣元位置誤差、互耦及時鐘偏移等因素的影響，陣列流型矩陣將產生一定的不確定性偏移(稱為陣列模型誤差)，這將直接導致后續的陣列信號處理算法性能下降甚至失效。因此，在執行陣列信號處理算法前對陣列模型誤差進行估計和補償十分必要。

近年來，一些國內外研究學者已經提出了一些用于陣列模型誤差的校準方法。針對陣列幅相誤差，Liao Bin等人和Cao S.G.等人分別在《Direction Finding With PartlyCalibrated Uniform Linear Arrays》和《Covariance Matrix based Fast SmoothedSparse DOAEstimation With Partly Calibrated Array》提出了基于旋轉不變子空間ESPRIT技術和稀疏重構技術的校準方法，該類方法僅適用均勻線性陣列、遠場源、信號源不相關以及高斯白噪聲情況下的幅相誤差校準。針對陣列互耦，Liao Bin等人和Lin Min等人分別在《DOAEstimation And Tracking of ULAs With Mutual Coupling》和《BlindCalibration And DOAEstimation With Uniform Circular Arrays In The Presence ofMutual Coupling》提出了基于對稱Toeplitz互耦矩陣結構和子空間理論的校準方法，該類方法僅適用均勻線陣或均勻圓陣、遠場源、信號源不相關以及高斯白噪聲情況的互耦校準。針對陣列幅相誤差、互耦和位置誤差，Liu Hongqing等人在《ASparse-Based Approach forDOA Estimation and Array Calibration in Uniform Linear Array》提出了時域條件下基于迭代稀疏重構的校準方法，該方法可校準均勻線陣及遠場源條件下的陣列模型誤差，且對信源相關性不敏感，但是該方法僅適用于模型誤差非常小及采樣數據非常少的情況，否則校準性能和計算效率無法得到保證，難以在實際的系統中應用。

綜上分析，已有的陣列誤差校準技術適用性較差，部分校準方法在非高斯白噪聲、近場源或模型誤差較大的情況下校準效果不理想，難以滿足實際陣列天線系統復雜多變的環境。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供一種基于陣列模型誤差估計值校準的方法，用于解決陣列誤差校準技術適用性差、校準效果不理想的問題。

為實現上述目的。本發明的技術方案是：一種基于陣列模型誤差估計值校準的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在陣列接收范圍內放一個位置信息已知的校準源，并以T為時間間隔周期發送校準信號；

2)在前后兩個時間段T內，利用陣列接收數據x(t)分別計算協方差矩陣和并進一步獲得其差值其中，t表示采樣時刻，t＝1,2,…,2N，N表示時間段T內的快拍數，上標H表示共軛轉置，為對應于校準源的L×1維陣列導向矢量，θ_ref，和r_ref分別表示校準源的俯仰角、方位角和距離，若校準源為遠場源，r_ref＝+∞，若校準源為近場源，r_ref位于菲涅爾區，P_ref表示校準源的功率，Φ為陣列誤差矩陣；