[发明专利]一种基于强散射点的均匀线阵校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于强散射点的均匀线阵校准方法。 

背景技术

阵列天线是由许多相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统，也称天线阵。阵列天线按单元排列可分为线阵和面阵。最常用的线阵是各单元的中心依次等距排列在一直线上的直线阵，也叫做均匀线阵。线阵的各单元也有不等距排列的，各单元中心也可以不排列在一直线上，例如排列在圆周上。多个直线阵在某一平面上按一定间隔排列就构成平面阵，若各单元的中心排列在球面上就构成球面阵。 

在实际应用中，由于天线物理位置偏差、各阵列元素馈线阻抗失配、电离层扰动以及传播异常等造成雷达接收天线存在通道幅相不一致性，这种不一致性会使得空间超分辨方法性能严重下降，因此需要对接收天线阵列进行校准。对于使用阵列天线的雷达，通常采用自校准技术，即不需要额外的人工信号源，人工辐射源的成本很高，对于长期的使用和维护需要消耗大量的人力和物力资源。到目前为止有许多无源校准方法，总体说来可以分为三类：第一类是利用数据协方差矩阵的特殊结构来进行阵列校准。该类方法利用协方差矩阵的Toeplitz特性构造关于幅相误差的方程组，利用最小二乘的方法求解方程组。但是此方法存在测向模糊，需要额外增加相邻阵列元素的相位差以消除测向模糊。第二类方法是利用极大似然准则来构造代价函数来实现参数估计。该类方法适用于圆阵的阵列校准方法，该方法利用极大似然准则来联合估计阵列元素位置误差和信号源到达方位，但该方法只适用于圆阵。第三类方法是基于信号子空间和噪声子空间正交的特点来估计信号的DOA和阵列误差。该类方法不局限于圆阵和线阵，可以应用于任意几何形式的阵列。但该方法有三个限制：(1)对于线阵，由于其导向矢量的范德蒙特性，校准算法解不唯一；(2)对于非直线阵，阵列元素数目大于4，否则，校准算法性能急剧下降；(3)对非直线阵，当阵列元素数目大于4时，对于某些特殊的阵列结构和方位组合，校准算法的解也不唯一。所以这些校准方法还不够准确。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的阵列校准方法不够准确的问题，提供一种基于强散射体的均匀线阵校准方法。 

本发明的一种基于强散射体的均匀线阵校准方法，它包括如下步骤： 

步骤一：根据天线阵列接收到的回波数据X′(t)＝ГX(t)+n(t)，利用空间协方差矩阵估计值 构造出空间协方差矩阵R； 

其中X(t)为阵列的M×1维快拍数据矢量，n(t)为阵列的M×1维噪声矢量，Г为阵列幅相误差矩阵，具体表达式为 其中集合{g_m：m＝1，2，...，M}表示各个阵列元素上的增益， 表示阵列相位不一致性误差，j表示虚数；其中N为快拍数； 

步骤二：提取空间协方差矩阵R的每个元素的相位，构造出空间协方差矩阵的相位矩阵Φ；R_m，k为矩阵R的第m行，第k列的元素，φ_m，k为R_m，k的相位； 

步骤三：对相位矩阵Φ的第一列φ_m，1做FFT运算，得到一个峰值，根据峰值的位置计算到得斜率α的估计值 m＝1，...，M，其中 为要估计的相位误差； 

步骤四：利用原始相位矩阵Φ的第一列φ_m，1减去相位矩阵的线性部分，即得到阵列的相位误差，即 即为估计出的相位误差； 

步骤五：利用空间协方差矩阵R的主对角线元素R_m，m，根据估计出的幅度误差 得到各阵列元素幅度，其中m＝1，2，...，M，M为阵元数； 

步骤六：利用步骤四得到的相位误差和步骤五得到的幅度误差构造出校准矩阵C，其中 将校准矩阵C左乘到X′(t)上即完成了对阵列的校准。 

本发明的优点在于找到一个强的散射体相对简单，而且无需知道这个散射体的方位角度；经过本发明方法校准后的各阵列元素的幅度相等，校准后的各阵列元素的相位曲线近似一条直线，且阵列幅度误差估计值与真实值一致，所以本发明方法对均匀线阵的校准更为准确。 

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。 

图2是采用本发明的方法校准前后的阵列幅度曲线图。其中，a表示校准前的阵列幅度曲线图，a′表示校准后的阵列幅度曲线图。 

图3是采用本发明的方法校准前后的阵列相位曲线图。其中，b表示校准前的阵列相位曲线图，b′表示校准后的阵列相位曲线图。