一種基于遞歸秩損的幅相誤差校準(zhǔn)和波達(dá)方向估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，涉及陣列傳感器幅度和相位誤差的校準(zhǔn)，具體地 說(shuō)是一種適用于均勻線性陣列的幅相誤差自動(dòng)校準(zhǔn)以及波達(dá)方向估計(jì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾十年來(lái)，遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào)的波達(dá)方向（DirectionofArrival，DOA)估直 是陣列信號(hào)處理的熱點(diǎn)問(wèn)題，被廣泛的應(yīng)用于雷達(dá)、聲吶、無(wú)源定位、無(wú)線通信等諸多領(lǐng)域。 D0A估計(jì)的主要目標(biāo)是在噪聲環(huán)境下，檢測(cè)和估計(jì)多個(gè)信號(hào)的方位。針對(duì)D0A估計(jì)問(wèn)題， 人們提出了大量的D0A估計(jì)方法，例如經(jīng)典的基于子空間理論的多重信號(hào)分類（Multiple SignalClassification，MUSIC)方法。但是，它的性能對(duì)陣列傳感器的幅相誤差過(guò)于敏感， 在幅相誤差未知或部分已知的情況下，其性能會(huì)嚴(yán)重下降，這較大限制了其實(shí)用性。
[0003] 針對(duì)傳統(tǒng)的D0A估計(jì)方法的不足，人們已嘗試提出一些新的D0A估計(jì)方 法，用于陣列傳感器幅相誤差的校準(zhǔn)。例如在文獻(xiàn)：C.M.S.SeeandA.B.Gershman， Direction-〇f-arrivalestimationinpartlycalibratedsubarray-basedsensor arrays，IEEETransactionsonSignalProcessing52 (2003) 329-338 中，米用了一種秩 損（rank-reduction，RARE)方法來(lái)校準(zhǔn)傳感器幅相誤差和估計(jì)D0A，但其不能保證經(jīng)校準(zhǔn) 后的幅相誤差具有唯一值，這種不確定性會(huì)對(duì)估計(jì)性能造成很大的影響，尤其在低信噪比 (signal-t〇-noiseratio,SNR)情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有秩損RARE方法的不足，本發(fā)明提出一種遞歸的RARE方法?？墒沟媒?jīng)校 準(zhǔn)后的傳感器（陣元）幅相誤差值具有唯一性，同時(shí)保證即使在低SNR情況下D0A估計(jì)性 能也較為穩(wěn)定。
[0005] 用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案包括如下步驟：
[0006] 步驟1 :入射信號(hào)通過(guò)均勻線性陣列后，得到在t時(shí)刻包含入射方向信息的陣列輸 出數(shù)據(jù)向量x(t);
[0007] 步驟2 :利用陣列輸出數(shù)據(jù)向量，計(jì)算接收到的數(shù)據(jù)向量的協(xié)方差矩陣R;
[0008] 步驟3 :對(duì)計(jì)算得到的協(xié)方差矩陣R進(jìn)行特征分解，設(shè)置遞歸計(jì)數(shù)變量k= 1，并利 用原秩損RARE方法求出空間譜函數(shù)P( 0 )極大值對(duì)應(yīng)的初始角度^"1，進(jìn)而估計(jì)遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶 信號(hào)的波達(dá)方向DOA =
[0009] 步驟4 :利用估計(jì)出來(lái)的D0A(CVtm)構(gòu)造秩損矩陣Qk+1( 0 );
[0010] 步驟5 :對(duì)空間譜函數(shù)pk+1(0)進(jìn)行譜峰搜索，找出前k+1個(gè)極大值對(duì)應(yīng)的k+1個(gè) 角度，記為<+11，，i=l，2，...k+l;
[0011] 步驟6 :判斷計(jì)數(shù)變量k+1是否等于入射角度個(gè)數(shù)N，如果不等于進(jìn)入步驟7,如果 等于進(jìn)入步驟8 ;
[0012] 步驟7 :將計(jì)數(shù)變量k的值加1，并返回步驟4 ;
[0013] 步驟8 :構(gòu)造矩陣的，求出其最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量u，即估計(jì)出的幅相誤 差。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟2中，協(xié)方差矩陣R=E{x(t)xH(t)} =rARsAHrH+〇2i，其中r 表示幅相誤差矩陣，A表示陣列流型矩陣，Rs表示入射信號(hào)的自相關(guān)矩陣，〇2和I分別表示 噪聲方差和M維單位矩陣，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟3中，空間譜函數(shù)P(0)為：
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于遞歸秩損的幅相誤差校準(zhǔn)和波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟1 :入射信號(hào)通過(guò)均勻線性陣列后，得到在t時(shí)刻包含入射方向信息的陣列輸出數(shù) 據(jù)向量x(t); 步驟2 :利用陣列輸出數(shù)據(jù)向量，計(jì)算接收到的數(shù)據(jù)向量的協(xié)方差矩陣R ; 步驟3 :對(duì)計(jì)算得到的協(xié)方差矩陣R進(jìn)行特征分解，設(shè)置遞歸計(jì)數(shù)變量k= 1，并利用原 秩損RARE方法求出空間譜函數(shù)P ( Θ )極大值對(duì)應(yīng)的初始角度磚" ·進(jìn)而估計(jì)遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶信號(hào) 的波達(dá)方向DOA = j h 步驟4 :利用估計(jì)出來(lái)的DOA ( = l,2，..i )構(gòu)造秩損矩陣Qk+1 ( Θ ); 步驟5 :對(duì)空間譜函數(shù)Pk+1( Θ )進(jìn)行譜峰搜索，找出前k+1個(gè)極大值對(duì)應(yīng)的k+1個(gè)角度， 記為+i)，，i = 1，2, · · · k+Ι ; 步驟6 :判斷計(jì)數(shù)變量k+1是否等于入射角度個(gè)數(shù)N，如果不等于進(jìn)入步驟7,如果等于 進(jìn)入步驟8 ; 步驟7 :將計(jì)數(shù)變量k的值加1，并返回步驟4 ; 步驟8 :構(gòu)造矩陣0(的，求出其最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量u，即估計(jì)出的幅相誤差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準(zhǔn)和波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟2中，協(xié)方差矩陣R = E{x(t)xH(t)} = rARsAHrH+〇2I，其中Γ表示幅相誤 差矩陣，A表示陣列流型矩陣，馬表示入射信號(hào)的自相關(guān)矩陣， 〇2和I分別表示噪聲方差和 M維單位矩陣，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準(zhǔn)和波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟3中，空間譜函數(shù)Ρ(θ)為：
其中，det{ ·}表示一個(gè)矩陣的行列式，變量上面加上標(biāo)（k)表示是與第k次遞歸有關(guān) 的變量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準(zhǔn)和波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟4中，秩損矩陣Qw ( Θ )為：
表示在第k次遞歸時(shí)估計(jì)出的第i個(gè)角度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準(zhǔn)和波達(dá)方向估計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟8中，估計(jì)出的幅相誤差為：
其中Umin{ ·}為一個(gè)矩陣的最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于遞歸秩損的幅相誤差校準(zhǔn)和波達(dá)方向估計(jì)方法，包括：獲得在t時(shí)刻包含入射方向信息的數(shù)據(jù)向量，計(jì)算接收到的數(shù)據(jù)向量的協(xié)方差矩陣并進(jìn)行特征分解，利用原RARE方法求出空間譜P(θ)極大值對(duì)應(yīng)的角度利用估計(jì)出來(lái)的DOA構(gòu)造秩損矩陣。對(duì)空間譜Pk+1(θ)進(jìn)行譜峰搜索，找出前k+1個(gè)極大值對(duì)應(yīng)的k+1個(gè)角度，記為判斷計(jì)數(shù)變量k+1是否等于入射角度個(gè)數(shù)N，如果不等于進(jìn)入步驟7，如果等于進(jìn)入步驟8，將計(jì)數(shù)變量k的值加1，并返回步驟4。構(gòu)造矩陣求出其最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量u，本發(fā)明幅相誤差的估計(jì)在遞歸結(jié)束后一次性獲得，避免了像原始RARE方法那樣利用每個(gè)DOA的估計(jì)值計(jì)算一次幅相誤差再取平均值，保證了幅相誤差估計(jì)具有較好的性能。
【IPC分類】G01S3-782, G01S3-14, G01S3-802
【公開號(hào)】CN104749554
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510125618
【發(fā)明人】戴繼生, 汪洋, 鄒航, 鮑煦
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日