一種基于遞歸秩損的幅相誤差校準和波達方向估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達信號處理領域，涉及陣列傳感器幅度和相位誤差的校準，具體地 說是一種適用于均勻線性陣列的幅相誤差自動校準以及波達方向估計的方法。
【背景技術】
[0002] 近幾十年來，遠場窄帶信號的波達方向（DirectionofArrival，DOA)估直 是陣列信號處理的熱點問題，被廣泛的應用于雷達、聲吶、無源定位、無線通信等諸多領域。 D0A估計的主要目標是在噪聲環(huán)境下，檢測和估計多個信號的方位。針對D0A估計問題， 人們提出了大量的D0A估計方法，例如經典的基于子空間理論的多重信號分類（Multiple SignalClassification，MUSIC)方法。但是，它的性能對陣列傳感器的幅相誤差過于敏感， 在幅相誤差未知或部分已知的情況下，其性能會嚴重下降，這較大限制了其實用性。
[0003] 針對傳統的D0A估計方法的不足，人們已嘗試提出一些新的D0A估計方 法，用于陣列傳感器幅相誤差的校準。例如在文獻：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)方法來校準傳感器幅相誤差和估計D0A，但其不能保證經校準 后的幅相誤差具有唯一值，這種不確定性會對估計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)明內容】

[0004] 針對現有秩損RARE方法的不足，本發(fā)明提出一種遞歸的RARE方法?？墒沟媒浶?準后的傳感器（陣元）幅相誤差值具有唯一性，同時保證即使在低SNR情況下D0A估計性 能也較為穩(wěn)定。
[0005] 用于實現本發(fā)明的技術解決方案包括如下步驟：
[0006] 步驟1 :入射信號通過均勻線性陣列后，得到在t時刻包含入射方向信息的陣列輸 出數據向量x(t);
[0007] 步驟2 :利用陣列輸出數據向量，計算接收到的數據向量的協方差矩陣R;
[0008] 步驟3 :對計算得到的協方差矩陣R進行特征分解，設置遞歸計數變量k= 1，并利 用原秩損RARE方法求出空間譜函數P( 0 )極大值對應的初始角度^"1，進而估計遠場窄帶 信號的波達方向DOA =
[0009] 步驟4 :利用估計出來的D0A(CVtm)構造秩損矩陣Qk+1( 0 );
[0010] 步驟5 :對空間譜函數pk+1(0)進行譜峰搜索，找出前k+1個極大值對應的k+1個 角度，記為<+11，，i=l，2，...k+l;
[0011] 步驟6 :判斷計數變量k+1是否等于入射角度個數N，如果不等于進入步驟7,如果 等于進入步驟8 ;
[0012] 步驟7 :將計數變量k的值加1，并返回步驟4 ;
[0013] 步驟8 :構造矩陣的，求出其最小特征值對應的特征向量u，即估計出的幅相誤 差。
[0014] 進一步，所述步驟2中，協方差矩陣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表示入射信號的自相關矩陣，〇2和I分別表示 噪聲方差和M維單位矩陣，上標H表示共軛轉置。
[0015] 進一步，所述步驟3中，空間譜函數P(0)為：
[0016]
【主權項】
1. 一種基于遞歸秩損的幅相誤差校準和波達方向估計方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟1 :入射信號通過均勻線性陣列后，得到在t時刻包含入射方向信息的陣列輸出數 據向量x(t); 步驟2 :利用陣列輸出數據向量，計算接收到的數據向量的協方差矩陣R ; 步驟3 :對計算得到的協方差矩陣R進行特征分解，設置遞歸計數變量k= 1，并利用原 秩損RARE方法求出空間譜函數P ( Θ )極大值對應的初始角度磚" ·進而估計遠場窄帶信號 的波達方向DOA = j h 步驟4 :利用估計出來的DOA ( = l,2，..i )構造秩損矩陣Qk+1 ( Θ ); 步驟5 :對空間譜函數Pk+1( Θ )進行譜峰搜索，找出前k+1個極大值對應的k+1個角度， 記為+i)，，i = 1，2, · · · k+Ι ; 步驟6 :判斷計數變量k+1是否等于入射角度個數N，如果不等于進入步驟7,如果等于 進入步驟8 ; 步驟7 :將計數變量k的值加1，并返回步驟4 ; 步驟8 :構造矩陣0(的，求出其最小特征值對應的特征向量u，即估計出的幅相誤差。
2. 根據權利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準和波達方向估計方法，其特征 在于，所述步驟2中，協方差矩陣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，馬表示入射信號的自相關矩陣， 〇2和I分別表示噪聲方差和 M維單位矩陣，上標H表示共軛轉置。
3. 根據權利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準和波達方向估計方法，其特征 在于，所述步驟3中，空間譜函數Ρ(θ)為：
其中，det{ ·}表示一個矩陣的行列式，變量上面加上標（k)表示是與第k次遞歸有關 的變量。
4. 根據權利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準和波達方向估計方法，其特征 在于，所述步驟4中，秩損矩陣Qw ( Θ )為：
表示在第k次遞歸時估計出的第i個角度。
5. 根據權利要求1所述的基于遞歸秩損的幅相誤差校準和波達方向估計方法，其特征 在于，所述步驟8中，估計出的幅相誤差為：
其中Umin{ ·}為一個矩陣的最小特征值對應的特征向量。
【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和波達方向估計方法，包括：獲得在t時刻包含入射方向信息的數據向量，計算接收到的數據向量的協方差矩陣并進行特征分解，利用原RARE方法求出空間譜P(θ)極大值對應的角度利用估計出來的DOA構造秩損矩陣。對空間譜Pk+1(θ)進行譜峰搜索，找出前k+1個極大值對應的k+1個角度，記為判斷計數變量k+1是否等于入射角度個數N，如果不等于進入步驟7，如果等于進入步驟8，將計數變量k的值加1，并返回步驟4。構造矩陣求出其最小特征值對應的特征向量u，本發(fā)明幅相誤差的估計在遞歸結束后一次性獲得，避免了像原始RARE方法那樣利用每個DOA的估計值計算一次幅相誤差再取平均值，保證了幅相誤差估計具有較好的性能。
【IPC分類】G01S3-782, G01S3-14, G01S3-802
【公開號】CN104749554
【申請?zhí)枴緾N201510125618
【發(fā)明人】戴繼生, 汪洋, 鄒航, 鮑煦
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月20日