[發(fā)明專利]一種基于單距離門的機載雙基地MIMO雷達幅相誤差校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910478404.4
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110376560B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 李軍;薛玉喜;常峻青;衛(wèi)雨松;尉澤華;亢海龍
• 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: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 張捷

1.一種基于單距離門的機載雙基地MIMO雷達幅相誤差校正方法，其特征在于，所述機載雙基地MIMO雷達的發(fā)射機為包括M個陣元的均勻線陣，接收機為包括N個陣元的均勻線陣，檢測范圍分為L個距離門，其中，M、N和L為正整數(shù)，所述方法包括如下步驟：

步驟1，獲取所述機載雙基地MIMO雷達在可探測范圍內待檢測的一個距離門l的回波數(shù)據(jù)x_l，l為1到L之間的一個整數(shù)值，所述回波數(shù)據(jù)x_l中只包含雜波信息與噪聲信息，并且所述回波數(shù)據(jù)x_l存在陣元的幅相誤差；

步驟2，將所述距離門l劃分為N_c個雜波散射點，計算所述N_c個雜波散射點相對于發(fā)射機的方位角θ_t和俯仰角所述N_c個雜波散射點相對于接收機的方位角θ_r和俯仰角根據(jù)計算得到的所述方位角θ_t、所述俯仰角所述方位角θ_r和所述俯仰角計算每個所述雜波散射點的歸一化多普勒頻率f_d,i、歸一化發(fā)射空間頻率f_t,i和歸一化接收空間頻率f_r,i，然后根據(jù)所述歸一化多普勒頻率f_d,i、所述歸一化發(fā)射空間頻率f_t,i和所述歸一化接收空間頻率f_r,i計算每一個所述雜波散射點的空時三維導向列矢量，之后將所述N_c個雜波散射點的空時三維導向列矢量構造成一個矩陣；

步驟3，使用Schmidt正交化方法對步驟2得到的所述N_c個雜波散射點的空時三維導向列矢量構造成的矩陣進行正交化處理，獲得一組正交基，利用所述正交基計算雜波子空間正交補空間的投影矩陣

步驟4，設定幅相誤差校正矩陣T，使用所述幅相誤差校正矩陣T對存在幅相誤差的接收數(shù)據(jù)x_l進行校正處理，將校正后的接收數(shù)據(jù)x_l與所述雜波子空間正交補空間的投影矩陣相乘，以虛擬陣元的第一個陣元作為參考陣元構造約束條件，計算所述幅相誤差校正矩陣T；

步驟5，利用所述幅相誤差校正矩陣T對機載雙基地MIMO雷達的幅度誤差和相位誤差進行校正；

所述步驟4具體包括如下步驟：

(4a)將發(fā)射陣列幅相誤差定義為e_t，發(fā)射陣列幅相誤差的表達式為：

e_t＝[ρ_t,1,ρ_t,2,…，ρ_t,M]^T

式中，ρ_t,i表示第i個發(fā)射陣元存在的幅相誤差，i＝1,2,…,M，且其中，γ_t,i表示第i個發(fā)射陣元存在的幅度誤差，ξ_t,i表示第i個發(fā)射陣元存在的相位誤差；

將接收陣列幅相誤差定義為e_r，由下式表達：

e_r＝[ρ_r,1,ρ_r,2,…，ρ_r,N]^T

式中，ρ_r,ii＝1,2,…,N表示第i個接收陣元存在的幅相誤差，其中，γ_r,i表示第i個接收陣元存在的幅度誤差，ξ_r,i表示第i個接收陣元存在的相位誤差；

此時，發(fā)射空間導向變?yōu)槠渲笑?Sub>et＝diag(e_t)表示將發(fā)射陣列的幅相誤差e_t拉成對角矩陣，接收空間導向矢量變?yōu)槠渲校?Sub>er＝diag(e_r)表示將接收陣列的幅相誤差e_r拉成對角矩陣；

接收數(shù)據(jù)的空時三維導向矢量變?yōu)椋?/p>

(4b)設定所述機載雙基地MIMO雷達陣元的幅相誤差校正矩陣T，所述幅相誤差校正矩陣T滿足關系式T＝Γ^-1，根據(jù)對Γ的關系式，所述幅相誤差校正矩陣T的表達式為：

式中，列矢量t_a中的元素與所述發(fā)射陣列的幅相誤差e_t的元素和所述接收陣列的幅相誤差e_r的元素一一對應，所述列矢量t_a中的每一個元素為所述發(fā)射陣列的幅相誤差e_t和所述接收陣列的幅相誤差e_r中每一個對應元素的倒數(shù)，所述列矢量t_a的表達式為：

式中，1_MN×1表示MN×1維的列矢量且全部元素為1，Θ表示將所述發(fā)射陣列的幅相誤差e_t和所述接收陣列的幅相誤差e_r中對應的每一個元素相除；

將所述幅相誤差校正矩陣T與存在誤差的數(shù)據(jù)x(l)相乘得到：

Tx(l)＝TΓx_c(l)+TN＝x_c(l)+TN

式中，x_c(l)表示雜波數(shù)據(jù)，N表示噪聲數(shù)據(jù)；

設定空間Cⁿ由L和M這兩個子空間構成，在空間Cⁿ中有任意x∈Cⁿ，并且唯一分解為：

x＝y(tǒng)+zy∈L,z∈M

式中，y表示x沿著M到L的投影，z表示x沿著L到M的投影；

設定投影算子P_L,M，所述投影算子P_L,M的表達式如下式所示：

P_L,Mx＝y(tǒng)

式中，投影算子P_L,M表示將任意x沿著M到L進行投影變換，若x在子空間L內，那么P_L,Mx＝x，若x在子空間M內，那么P_L,Mx＝0；

設定所述雜波子空間正交補空間的投影矩陣則所述投影矩陣與雜波數(shù)據(jù)x_c(l)相乘為0，即則將所述投影矩陣所述幅相誤差校正矩陣T和所述存在誤差的數(shù)據(jù)x(l)相乘，得到如下表達式：

之后通過構造約束式計算所述幅相誤差校正矩陣T，所述約束式的表達式為：

式中，h＝[1,0,0,…,0]_1×MN，ht_a＝1表示將虛擬陣元的第一個陣元為參考陣元，由于所述投影矩陣為正交投影矩陣，因此所述投影矩陣不僅滿足Hermite條件，還滿足冪等條件，所以則所述約束式變化為第一約束式，所述第一約束式的表達式為：

之后，首先將x(l)對角化以變?yōu)閷蔷仃嚕瑒tX＝diag(x(l))，然后將所述幅相誤差校正矩陣T中對角線上的元素提取出來，放到一個維度為NK×1列向量中，將所述維度為NK×1的列向量記為t，則Tx(l)＝Xt，則所述第一約束式變化為第二約束式，所述第二約束式的表達式為：

式中，t與t_a的關系為將記為B，則所述第二約束式變化為第三約束式，所述第三約束式的表達式為：

并將記為Α，則所述第三約束式變化為第四約束式，所述第四約束式的表達式為：

使用拉格朗日乘子法對所述第四約束式進行求解，得到列矢量t_a為：

根據(jù)所述列矢量t_a與所述幅相誤差校正矩陣T的關系，得到所述幅相誤差校正矩陣T。