[發(fā)明專利]基于深度學(xué)習(xí)的二維角度依賴誤差下的一維線陣測向方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010903250.1
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112255625B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘玉劍;姚敏;高曉欣;王鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/62
• 分類號: G01S13/62
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發(fā)明公開了基于深度學(xué)習(xí)的二維角度依賴誤差下的一維線陣測向方法。該方法基于深度學(xué)習(xí)擅長近似復(fù)雜非線性函數(shù)的特點，通過機器學(xué)習(xí)解決二維角度依賴型陣列誤差校準問題。為了能夠同時處理陣列誤差的方位角依賴和俯仰角依賴，進行二維采集數(shù)據(jù)，即在不同的俯仰角下采集不同的方位陣列導(dǎo)向矢量。采用局部陣列流型插值對測量數(shù)據(jù)進行擴充，以減小深度學(xué)習(xí)模型過擬合風(fēng)險；在最低信噪比的數(shù)據(jù)上進行深度學(xué)習(xí)使其適應(yīng)帶噪信號。本發(fā)明用于提高二維角度依賴型陣列誤差的一維線陣測向的精度，減小殘余陣列誤差，同時校正了陣列誤差對方位角和俯仰角的依賴，使得測向方法能在不同俯仰角上仍有好的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陣列測向領(lǐng)域，特別涉及存在陣列誤差下的雷達、通信、聲納、麥克風(fēng)等接收機傳感器陣列的測向，具體涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的適用于存在方位俯仰二維角度依賴型陣列誤差的一維線陣測向方法。

背景技術(shù)

傳感器陣列廣泛應(yīng)用在雷達、通信、聲納、麥克風(fēng)中。利用傳感器陣列進行測向的前提是陣列的響應(yīng)，即陣列導(dǎo)向矢量精確已知。在理想無陣列誤差情況下，各個傳感器的響應(yīng)相同且獨立，傳感器位置精確可知，陣列導(dǎo)向矢量具有精確的解析表達式。但實際應(yīng)用中并非如此：傳感器陣列一般會存在三種陣列誤差，即幅相誤差、互耦及陣元位置誤差。另外受到陣列保護罩材料的限制，陣列誤差會進一步惡化。最終導(dǎo)致陣列誤差會隨角度變化而變化。對于一維線陣，雖然其不能估計目標的俯仰角而只能估計方位角，但無法保證所有目標都來自相同俯仰角。因此一維線陣測向中的陣列誤差不但要考慮對方位角的依賴，也要考慮對俯仰角的依賴。

針對角度依賴型誤差的問題，普遍的方法是進行離線校準，其思想是：先在暗室中測量出陣列在不同角度的陣列導(dǎo)向矢量，再據(jù)此進行陣列誤差校準并測向。目前主要有三種離線校準方法，即窮舉搜索方法、幅相補償法和全局陣列插值法(見文獻：Mats?Viberg,Maria?Lanne,Astrid?Lundgren.Chapter?3:Calibration?in?Array?Processing,Classical?and?Modern?Direction-of-Arrival?Estimation[M],Academic?Press,2009,Pages?93-124)。這三種方法中，只有窮舉搜索法和全局陣列插值法具備校正角度依賴型陣列誤差的能力。但當存在同時依賴于方位角和俯仰角的二維陣列誤差時，全局陣列插值法由于其所采用的線性最小二乘擬合能力的限制，會帶來較大的殘余陣列誤差。而窮舉搜索法則需要二維遍歷所有測得的陣列導(dǎo)向矢量，對離網(wǎng)格點目標還需要插值處理，因此計算復(fù)雜度高、存儲數(shù)據(jù)量大。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出基于深度學(xué)習(xí)的二維角度依賴誤差下的一維線陣測向方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中校準方法殘余陣列誤差大或計算復(fù)雜度高、存儲數(shù)據(jù)量大的問題。

基于深度學(xué)習(xí)的二維角度依賴誤差下的一維線陣測向方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1、將M元一維線陣陣列放置于暗室中的伺服平臺上，在陣列的遠場固定一輻射源，采集二維校準數(shù)據(jù)。設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)使陣列輸出基帶信號的信噪比盡可能接近動態(tài)范圍內(nèi)的最大值。在陣列的方位視場角內(nèi)設(shè)置方位網(wǎng)格點集合Ω＝{θ₁,θ₂,...,θ_L}，俯仰視場角內(nèi)設(shè)置俯仰網(wǎng)格點集合其中L為方位網(wǎng)格點數(shù)，I為俯仰網(wǎng)格點數(shù)。轉(zhuǎn)動伺服平臺，使雷達俯仰角為方位角在網(wǎng)格點集合Ω進行掃描，在每個網(wǎng)格點記錄各角度對應(yīng)的M維陣列輸出基帶信號其中θ∈Ω,i＝1,2,...,I。

步驟2、對每個暗室測量得到的基帶信號用蒙特卡羅法添加零均值高斯白噪聲。對進行Q次蒙特卡羅實驗，第q次蒙特卡羅實驗得到信號為方差為的零均值高斯白噪聲，表示對應(yīng)第l個方位網(wǎng)格點，第i個俯仰網(wǎng)格點數(shù)據(jù)要添加的噪聲的方差。噪聲功率大小為使的信噪比在實際應(yīng)用中取得目標信噪比動態(tài)范圍內(nèi)的最小值。信噪比計算公式為

其中，SNR的單位為dB，表示的2范數(shù)。