[发明专利]一种宽带自适应阵列互耦补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于自适应天线阵列技术领域，具体为一种宽带自适应阵列互耦补偿方法。

背景技术

目前，宽带阵列天线在自适应阵列信号处理中获得了越来越多的运用。然而，一些因素限制了宽带自适应阵列性能的提升，如阵列的互耦问题。阵列互耦在宽带自适应阵列的低频段表现尤为明显，这主要是在低频段，阵元间距相对于波长更小，互耦效应更明显。由此造成的不利影响包括：波达角度估计偏差增大、自适应波束形成偏离实际方向、自适应零陷偏离实际方向或者自适应零陷电平抬高等。

在以上背景下，本发明提出了一种宽带自适应阵列的互耦校准方法。在该方法中，将宽带自适应阵列的互耦补偿矩阵的所有元素用多项式解析表达式表示出来，可方便的获得频带内任意频点的互耦补偿矩阵，减少对系统存储容量的要求，同时在任意频点上都可以获得良好的互耦补偿效果。提出该方法的思路如下：首先，在给定方向上，接收信号的幅度和天线的方向图成正比；其次，单个阵元孤立存在时没有互耦的影响，当阵元位于天线阵列中时，就会存在互耦，互耦的存在体现在天线方向图的变化上；方向图变换法是采用变换矩阵(或互耦补偿矩阵)将天线的阵中方向图变换为孤立时的方向图，此时，变换后的信号就相当于孤立天线的接收信号；然后，对于宽带信号的接收，采用复曲线拟合法将变换矩阵中的所有元素在频带上进行拟合，得到矩阵元素关于频率的解析函数，这样就可以获得任意频点上的变换矩阵。若频带较宽，采用较高阶数的多项式仍不能获得较好的拟合效果的话，则可将频段进行划分，然后在每个频段上对互耦补偿矩阵的元素分别进行复曲线拟合。

发明内容

为了解决宽带自适应阵列中的互耦补偿或校准问题，本发明提供一种宽带自适应阵列互耦补偿方法，针对任意工作频率，都可以根据互耦补偿矩阵各元素随频率的变化函数计算相应频点上的值，从而得到相应频点上的互耦补偿矩阵。其技术方案和步骤为：

(1)建立天线单元孤立方向图和阵中方向图之间的关系即：

式中，和分别代表天线单元单独存在时的孤立方向图和天线单元的阵中方向图，矩阵C代表互耦补偿矩阵，用它来补偿阵列的互耦影响。在方程中电场的幅度和相位都是要考虑的；

(2)为了准确的计算互耦补偿矩阵C，需要从不同角度提取方向图数据，假设选取了M个方向，有

由最小均方差准则，

min||CE-Ei||||C||---(3)]]>

可以得到以上方程的最小二乘解，即

C＝EⁱE^H(EE^H)^-1         (4)

式中，Eⁱ代表阵元单独存在时的电场，E代表阵元都存在时的电场，符号||·||表示矩阵的2-范数；互耦补偿矩阵C可以通过以上式子来求得，得到互耦补偿矩阵，就可以将它应用到阵列互耦补偿中，假设接收信号的采样矩阵为X′，那么互耦补偿后的阵列信号采样矩阵可以表示为

X＝CX；           (5)

(3)选取和频率相关的多项式，即