本發(fā)明涉及波達(dá)方向估計(jì)中的誤差估計(jì)方法，具體涉及一種在波達(dá)方向估計(jì)中校正多種陣列誤差的方法。

背景技術(shù)：

波達(dá)方向估計(jì)是陣列信號處理中的一個(gè)重要研究方向，在雷達(dá)、通信、聲納等眾多領(lǐng)域有著極為廣闊的應(yīng)用前景。而在空間譜估計(jì)中，陣列誤差是難以避免的一類誤差形式，由此可以導(dǎo)致陣列流型與假設(shè)模型不符，從而基于理想模型的doa算法性能明顯下降，這將影響doa算法的實(shí)際化應(yīng)用，因此開展使波達(dá)方向估計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中具有更穩(wěn)定性的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的陣列誤差處理方式往往針對某一種誤差進(jìn)行校正，而在實(shí)際應(yīng)用中一般基于多種誤差共同存在的情況下估計(jì)來波方向，分別處理誤差降低了處理速度并增加了復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的陣列誤差處理方法往往針對一種誤差進(jìn)行校正，導(dǎo)致處理速度較低、復(fù)雜度較高的缺點(diǎn)，而提出一種在波達(dá)方向估計(jì)中校正多種陣列誤差的方法。

一種在波達(dá)方向估計(jì)中校正多種陣列誤差的方法，所述方法使用的均勻線陣由m個(gè)陣元組成，空間分布了遠(yuǎn)場信號源n個(gè)，方位角θi為待估計(jì)量，i＝1,2,…,n，陣元數(shù)與信號源數(shù)滿足其中l(wèi)為互耦矩陣參數(shù)個(gè)數(shù)，r表示陣列系統(tǒng)方位角維數(shù)；所述方法使用的均勻線陣由m個(gè)陣元組成，空間分布了遠(yuǎn)場信號源n個(gè)，方位角θi為待估計(jì)量，i＝1,2,…,n，陣元數(shù)與信號源數(shù)滿足其中l(wèi)為互耦矩陣參數(shù)個(gè)數(shù)，r表示陣列系統(tǒng)方位角維數(shù)；其特征在于，所述方法包括：

步驟一、初始化迭代計(jì)數(shù)值n，獲取幅相不一致誤差矩陣γ和互耦矩陣c；根據(jù)music算法得到特征分解協(xié)方差矩陣噪聲子空間矩陣u以及噪聲子空間估計(jì)矩陣

步驟二、定義空間譜其中a(θ)為導(dǎo)向矢量；為第k次迭代得到的幅相不一致誤差矩陣估計(jì)值；為第k次迭代得到的互耦矩陣估計(jì)值。

步驟三、在所述空間譜中通過music算法進(jìn)行搜索得到n個(gè)峰值的doa估計(jì)

步驟四、求解第k+1次迭代的幅相不一致誤差矩陣的估計(jì)值

步驟五、求解第k+1次迭代的互耦誤差矩陣的估計(jì)值

步驟六、計(jì)算第k+1次迭代的代價(jià)函數(shù)jc，給定一個(gè)任意小門限ε＞0，若

則令n＝n+1，并回到步驟二繼續(xù)迭代；若

則已經(jīng)滿足迭代條件，退出循環(huán)，這時(shí)所得到的和即為需要的待估計(jì)參量。

本發(fā)明的有益效果為：1、降低了誤差處理的復(fù)雜度并提高處理速度；2、經(jīng)過校正后的方均根誤差約為0.05左右，與未校正的0.8相比，誤差大幅度降低；3、本發(fā)明的方法基于多種誤差共同存在的情況下估計(jì)來波方向，更符合實(shí)際應(yīng)用情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的在波達(dá)方向估計(jì)中校正多種陣列誤差的方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明本發(fā)明與存在誤差是的估計(jì)結(jié)果和理想情況下陣列誤差校正對比圖；

圖3為以方均根誤差為準(zhǔn)，信噪比對本發(fā)明估計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確度的影響。

圖4為以方均根誤差為準(zhǔn)，快拍數(shù)對本發(fā)明估計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確度的影響。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的在波達(dá)方向估計(jì)中校正多種陣列誤差的方法，所述方法使用的均勻線陣由m個(gè)陣元組成，空間分布了遠(yuǎn)場信號源n個(gè)，，方位角θi為待估計(jì)量，i＝1,2,…,n，陣元數(shù)與信號源數(shù)滿足其中l(wèi)為互耦矩陣參數(shù)個(gè)數(shù)，r表示陣列系統(tǒng)方位角維數(shù)；其特征在于，所述方法包括：

步驟一、初始化迭代計(jì)數(shù)值n，獲取幅相不一致誤差矩陣γ和互耦矩陣c；根據(jù)music算法得到特征分解協(xié)方差矩陣噪聲子空間矩陣u以及噪聲子空間估計(jì)矩陣

步驟二、定義空間譜其中a(θ)為導(dǎo)向矢量；為第k次迭代得到的幅相不一致誤差矩陣估計(jì)值；為第k次迭代得到的互耦矩陣估計(jì)值。

步驟三、在所述空間譜中通過music算法進(jìn)行搜索得到n個(gè)峰值的doa估計(jì)

步驟四、求解第k+1次迭代的幅相不一致誤差矩陣的估計(jì)值

步驟五、求解第k+1次迭代的互耦誤差矩陣的估計(jì)值

步驟六、計(jì)算第k+1次迭代的代價(jià)函數(shù)jc，給定一個(gè)任意小門限ε＞0，若

則令n＝n+1，并回到步驟二繼續(xù)迭代；若

則已經(jīng)滿足迭代條件，退出循環(huán)，這時(shí)所得到的和即為需要的待估計(jì)參量。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟四具體為：

保持doa估計(jì)的角度和互耦矩陣不變，計(jì)算公式

k為當(dāng)前迭代計(jì)數(shù)值；由幅相不一致誤差矩陣γ對角元素構(gòu)成的向量為δ＝[γ11,γ22,…,γmm]，q1(n)＝diag{a(θn)}。

使用表達(dá)式作為δ帶入公式得到第k次迭代的幅相不一致矩陣的估計(jì)值其中得到的過程為，選定第一個(gè)陣元為參考點(diǎn)，在約束條件δ^hw＝1，w＝[1,0,…,0]下最小化jc。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：步驟五具體為：

保持doa估計(jì)值和幅相不一致誤差的估計(jì)值不變，計(jì)算公式

k為當(dāng)前迭代計(jì)數(shù)值；使用表達(dá)式作為c的初值帶入公式得到的估計(jì)結(jié)果，約束條件是c11＝1，寫成等式為通常令w1＝[1,0,…,0]^t，u＝1。再由表達(dá)式ci＝c1i(i＝1,2,…,l)得到互耦矩陣的估計(jì)值。其中

本實(shí)施方式迭代的含義是，將作為c的初始帶入到j(luò)c的表達(dá)式中進(jìn)行第一次迭代，這個(gè)過程中c的值不斷變化，迭代的結(jié)果作為的估計(jì)結(jié)果。然后將估計(jì)結(jié)果作為第二次迭代的初值進(jìn)行迭代，以此類推。迭代結(jié)束后得到的其中的元素ci與c1i還具有一定的關(guān)系，即ci＝c1i，再通過這種代換，就得到了互耦矩陣的估計(jì)值。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：步驟六中，任意小門限ε＝10^-10。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

<仿真實(shí)驗(yàn)>

按照具體實(shí)施方式一至四進(jìn)行仿真，仿真過程中仿真參數(shù)設(shè)定如下：空間中兩個(gè)不相干正弦窄帶信號從遠(yuǎn)場入射到10個(gè)陣元的均勻線陣，陣元間距是半波長，空間兩個(gè)不相干遠(yuǎn)場點(diǎn)信號源分別來自于-20°和-10°，噪聲為高斯白噪聲，信噪比為10db。數(shù)據(jù)快拍數(shù)為256次。認(rèn)為陣元距大于波長時(shí)互耦效應(yīng)可以被忽略，互耦系數(shù)矢量設(shè)定為[1,0.48-0.04i,0.16-0.05i,0.02-0.01i]，隨機(jī)選取幅度相位誤差。

性能分析：信噪比(snr)由0增長到50db，間隔為5db，信噪比每變化一次變進(jìn)行100次重復(fù)估計(jì)角度，與標(biāo)準(zhǔn)值-20°和-10°進(jìn)行比較，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差；快拍數(shù)(l)范圍為100次到800次，間隔為70，快拍數(shù)每變化一次變進(jìn)行100次重復(fù)估計(jì)角度，與標(biāo)準(zhǔn)值-20°和-10°進(jìn)行比較做差，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，

仿真環(huán)境為：matlabr2016a，仿真結(jié)果如圖2至圖4所示，圖中聯(lián)合校正后算法為本發(fā)明的方法。通過附圖的仿真結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

從圖2中可以看出，實(shí)驗(yàn)誤差環(huán)境下普通music算法譜峰明顯降低，而本發(fā)明提出的自校正算法估得的空間譜與理想空間譜非常接近。表1中列出了互耦與幅相誤差的真實(shí)值與迭代自校正后的估計(jì)值。由此我們可以看出迭代法對均勻線陣的校正效果，經(jīng)過聯(lián)合校正后，誤差估計(jì)值與角度估計(jì)值與實(shí)際十分接近.

表1

由圖3和圖4可以看出，在誤差未校正時(shí)，信噪比和快拍數(shù)幾乎不影響估計(jì)準(zhǔn)確度，并且一直保持一個(gè)相對較大的數(shù)值，而利用本發(fā)明的算法處理陣列誤差后，隨著信噪比與快拍數(shù)的增加，方均根誤差明顯降低。

本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。