基于空域稀疏優(yōu)化的寬帶信號超分辨測向誤差校正方法，涉及寬帶信號超分辨測向中存在的多種陣列誤差的校正方法。為了解決現(xiàn)有的陣列誤差的校正方法不適用于寬帶信號的問題。本發(fā)明專利技術針對寬帶信號超分辨測向時同時存在陣元間互耦、陣列通道幅相不一致性以及陣元位置誤差時，利用各個頻點上的信號構建對應的優(yōu)化函數(shù)，之后利用信號的空域稀疏性，分別對各個頻點上的函數(shù)進行迭代優(yōu)化處理，最后對所有頻點上的信息進行融合估計出陣元間互耦、陣列通道幅相不一致性以及陣元位置誤差，并利用它們對陣列進行校正同時估計出信號到達方向。本發(fā)明專利技術適用于寬帶信號超分辨測向中存在的多種陣列誤差的校正。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術設及寬帶信號超分辨測向中存在的多種陣列誤差的校正方法。
技術介紹
超分辨測向是陣列信號處理中的一個重要研究內(nèi)容，廣泛的應用于雷達、物聯(lián)網(wǎng) 和聲響等領域。常規(guī)的超分辨測向方法都需要準確的掌握陣列流型。而實際的測向系統(tǒng)當 中往往存在高頻振蕩、放大器W及長度不一的通道等，并且有時會伴隨著陣元位置的擾動， 導致測向估計時經(jīng)常伴隨著陣元間互禪、陣列通道幅相不一致性W及陣元位置誤差，運直 接導致了很多的超分辨測向方法的性能惡化，甚至失效，所W有必要對各種誤差進行校正。 化iedlanderB和WeissAJ基于子空間原理，提出了一種信源方位、陣元間互禪、 陣元增益和相位擾動交替迭代估計的陣列誤差估計與校正技術。Song采用盲估計方法，對 聲矢量傳感器的幅相不一致性、方向不一致性W及陣元位置誤差進行了估計和校正，得到 了較好的效果。Wang等國外學者利用均勻線陣互禪誤差矩陣的帶狀Toeplitz結構，提出了 一種陣元間互禪誤差校正方法。Yang針對ULA和均勻圓陣，基于凸松弛原理研究了互禪條 件下誤差校正問題。Liao通過將互禪誤差轉換成與角度相關的復陣列增益，提出了一種互 禪誤差與信號到達方向聯(lián)合校正算法。然而W上方法都是針對于窄帶信號超分辨測向誤差 的校正，對于寬帶信號測向誤差的校正，尤其是有關多種誤差同時存在時的校正技術，公開 發(fā)表的文獻并不多見。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術為了解決現(xiàn)有的陣列誤差的校正方法不適用于寬帶信號的問題。 ，包括下述步驟： 步驟1 :建立同時含有陣元間互禪誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤 差的陣列信號模型： 當陣列中同時存在陣元間互禪誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤差 時，陣列輸出可W表示為 X"'制=A"'化，曰）S制+N制 =W(i)(f1)W閩(f1)W(3)(f1，a) .A(f1，a)S(f1)+N(f1) =W(i)(fi)W(2)(fi)A(fi，a)S(fi) +A(3)(fi)w(3)(fi)+N(fi)，i= 1,2,…，J(。）= W(i)(f1)W掛(f1，a).A(f1，a)S(f1) +A四(f1)w四(f1)+N(f1) = W四(f1)W掛(f1，a) .A(f1，a)S(f1) +A山(f1)w(i) (f1)+N(f1)A"'化，a) = (蝴 為理想情況下頻點fi上的 陣列流型矩陣，a(fi，ak)為理想情況下頻點上第k個信號的陣列導向矢量； A" ' (fi，a)與理想情況下頻點fi上的陣列流型矩陣的關系為 A" ' (fi,a) =W山（fi)W四（fi)W間（fi，a) ?A(fi，a) (14) 相應的同時存在W上S種誤差時頻點上第k個信號的陣列導向矢量為 a"'江1，曰^=胖(1)江1)￥四江1)￥餅江1，曰^.曰江1，曰^ (巧） 式中，S(fi)為信號Sk(t)經(jīng)過傅立葉變換后的信號矢量矩陣；N(fi)為噪聲 nm(t)經(jīng)過傅立葉變換后的噪聲矢量矩陣，均值為0,方差為y2(fi);則同時存在陣元間互 禪誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤差時頻點上的接收信號協(xié)方差矩陣 R" ' (fi)=E找"'化）狂"'化)川，i= 1，2,…，J(16) Ww(fi)為假設陣列當中只存在陣元間互禪誤差時的陣列擾動矩陣， 其中，Cq(fi)表示間距為q、信號頻率為時的陣元間的互禪系數(shù)，q= 1，2,…，Q; T;A(1)化）為僅存在陣 元間互禪誤差時一個只與原信號有關的參數(shù)，與誤差無關； 化）為假設陣列當中只存在陣列通道幅相不一致性誤差時的幅相陣列擾動矩 陣，為信號頻點上第m路通道的幅相不一致性誤差，Pm(fi)、0"a)分別為在信號 頻點上第m路通道相對于第一路通道的幅度增益和相位偏差； 定義頻點上陣列通道幅相不一致擾動矢量為;八0>江1)為僅存在陣列通道幅相不一致性誤差 時頻點上一個只與原信號有關的參數(shù)，與誤差無關； W(3) (fi，a) = 為假設陣列當中只 存在陣元位置誤差時頻點上的陣元位置誤差擾動矩陣，其中(20) 為只存在陣元位置誤差時頻點上、第k個信號的陣元位置誤差擾動矩陣，其中(21) 為第k個信號到達第m個陣元時，由陣元位置誤差引入的信源傳播時延誤差，Adm 為第m個陣元的真實位置與測量位置間的偏差，與信號頻率無關； 定義頻點fi上的陣元位置誤差擾動矢量為W(3)化）=[Adz,…，AdjjT;A(3)化） 為僅存在陣元位置誤差時一個只與原信號有關的參數(shù)，與誤差無關； 步驟2 :對同時含有陣元間互禪誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤差 的陣列信號參數(shù)進行估計： 首先將捜索空間劃分為若干離散的角度網(wǎng)格口 =向，…而，點,1，L表示信號可 能到達的L個方向，可得出頻點上陣列流型矩陣的稀疏表示為頻點上第1個稀疏信號的陣列導向矢量，同時可得出陣元位置誤差擾動矩陣 的稀疏表示，其中為頻點上、第1個稀疏信號的陣元位 置誤差擾動矩陣，(巧) = 屬為第1個稀疏信號到達第m個陣元時，由陣元位置誤 狂 差擾動引入的信源傳播時延誤差， 相應的可獲得同時存在W上=種誤差時頻點上陣列流型矩陣的稀疏表示 其中為同時存在W上S種誤差時 頻點上、第1個稀疏信號對應的陣列導向矢量，則可得出同時存在W上S種誤差時頻點 上的陣列輸出信號的稀疏表示[004引式倘）中玄(/.:)二L玄?玄飾....?玄(./;，欠巧j為s(fi)的稀疏表示，[004引其中，南;/;.的二巧(./;，/如，...5(乂./作)，...,5.(尤 的稀疏表示，A/，哈）中只包含K個非零元素，5(乂，咕）為玄(./：，咕)中的第1個元素，當且 僅當瑪=;斯時文(乂）中的元素不全為零且有5(怎/的= &(./；?皆），1 = 1，2,…，L，k= 1，2,…，K;故此&/)可W看成是S(fi)中加入了許多0元素后得到的矩陣； 設5制=[Si制，…，5i制，…，5,制r為玄(/；)中元素的方差，反映了信 號的能量，即有(24)[005引其中，S化）=diag(S化)），即玄(/；)服從均值為0,方差為5化）的高斯分布； [005引 由于玄(/)可W看成是S(fi)中加入了許多0元素后得到的向量，所W5化）包含 了K個非零元素，并且有1?先，根據(jù)5 (fi)，結合w(fi)和噪聲方差y2(fi)估計出玄(./；)，從 而重構出原信號，同時對誤差進行校正； 根據(jù)式（22)可知，同時存在W上=種誤差時頻點的陣列輸出信號的概率密度 為[005引 Im為MXM維的單位陣崩合式倘）、（24)和燭）可得 采用期望最大化巧xpectationMaximization,EM)方法來對w(i)化）、w但)化）、w(3) 制、y2制和5i制進行迭代估計，得出估計值％(說、釣乂誠 為(仍，對應的可得到如巧(乂)，…;，|說，…，么(.紳從及[00則步驟3:利用癡似(麻、誘貨銘)、成(3,(./；)、滬(沿和4(尉對陣列誤差進行校正； 令X為一段觀測時間內(nèi)陣列接收到的所有頻點信號的和構成的向量，由于各頻點 的信號具有統(tǒng)計獨立性，因此各頻點接收信號的聯(lián)合概率密度為 因此令式巧1)最大化即可求得信號到達方向，即信號到達方向的估計值％，k本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
基于空域稀疏優(yōu)化的寬帶信號超分辨測向誤差校正方法，其特征在于包括下述步驟：步驟1：建立同時含有陣元間互耦誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤差的陣列信號模型：當陣列中同時存在陣元間互耦誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤差時，陣列輸出表示為X”'(fi)＝A”'(fi,α)S(fi)+N(fi)＝W(1)(fi)W(2)(fi)W(3)(fi,α)·A(fi,α)S(fi)+N(fi)，i＝1,2,…,J?????(12)其中，“·”表示Hadamard積，即兩個矩陣對應位置的元素相乘，最后得到與原矩陣相同維數(shù)的矩陣，A″′(fi,α)為同時存在以上三種誤差時頻點fi上的陣列流型矩陣A”'(fi,α)＝[a”'(fi,α1),…,a”'(fi,αk),…,a”'(fi,αK)]????????(13)A(fi,α)＝[a(fi,α1),…,a(fi,αk),…,a(fi,αK)]為理想情況下頻點fi上的陣列流型矩陣，a(fi,αk)為理想情況下頻點fi上第k個信號的陣列導向矢量；A”'(fi,α)與理想情況下頻點fi上的陣列流型矩陣的關系為A”'(fi,α)＝W(1)(fi)W(2)(fi)W(3)(fi,α)·A(fi,α)??????????(14)相應的同時存在以上三種誤差時頻點fi上第k個信號的陣列導向矢量為a”'(fi,αk)＝W(1)(fi)W(2)(fi)W(3)(fi,αk)·a(fi,αk)???????(15)式(12)中，S(fi)為信號sk(t)經(jīng)過傅立葉變換后的信號矢量矩陣；N(fi)為噪聲nm(t)經(jīng)過傅立葉變換后的噪聲矢量矩陣，均值為0，方差為μ2(fi)；則同時存在陣元間互耦誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤差時頻點fi上的接收信號協(xié)方差矩陣R″′(fi)＝E{X″′(fi)(X″′(fi))H}，i＝1,2,…,J??????(16)W(1)(fi)為假設陣列當中只存在陣元間互耦誤差時的陣列擾動矩陣，其中，cq(fi)表示間距為q、信號頻率為fi時的陣元間的互耦系數(shù)，q＝1,2,…,Q；定義陣元間互耦擾動矢量為w(1)(fi)＝[c1(fi),…,cQ(fi)]T；Λ(1)(fi)為僅存在陣元間互耦誤差時一個只與原信號有關的參數(shù)；W(2)(fi)為假設陣列當中只存在陣列通道幅相不一致性誤差時的幅相陣列擾動矩陣，W(2)(fi)＝diag([W1(fi),…,Wm(fi),…,WM(fi)]T)???????(18)其中為信號頻點fi上第m路通道的幅相不一致性誤差，ρm(fi)、分別為在信號頻點fi上第m路通道相對于第一路通道的幅度增益和相位偏差；定義頻點fi上陣列通道幅相不一致擾動矢量為Λ(2)(fi)為僅存在陣列通道幅相不一致性誤差時頻點fi上一個只與原信號有關的參數(shù)；W(3)(fi,α)＝[W(3)(fi,α1),…,W(3)(fi,αk),…,W(3)(fi,αK)]為假設陣列當中只存在陣元位置誤差時頻點fi上的陣元位置誤差擾動矩陣，其中W(3)(fi,αk)=[1,ej2πfiΔτ2(αk),...,ej2πfiΔτm(αk),...,ej2πfiΔτM(αk)]T---(20)]]>為只存在陣元位置誤差時頻點fi上、第k個信號的陣元位置誤差擾動矩陣，其中Δτm(αk)=Δdmcsinαk---(21)]]>為第k個信號到達第m個陣元時，由陣元位置誤差引入的信源傳播時延誤差，△dm為第m個陣元的真實位置與測量位置間的偏差；定義頻點fi上的陣元位置誤差擾動矢量為w(3)(fi)＝[△d2,…,△dM]T；Λ(3)(fi)為僅存在陣元位置誤差時一個只與原信號有關的參數(shù)；步驟2：對同時含有陣元間互耦誤差、陣列通道幅相不一致性誤差、陣元位置誤差的陣列信號參數(shù)進行估計：首先將搜索空間劃分為若干離散的角度網(wǎng)格L表示信號可能到達的L個方向，得出頻點fi上陣列流型矩陣的稀疏表示A(fi,Ω)=[a(fi,α‾1),...,a(fi,α‾l),...,a(fi,α‾L)]]]>其中，a(fi,α‾l)=[1,...,exp(-jm2πfidcsinα‾l),...,exp(-j(M-1)2πfidcsinα‾l)]T]]>為頻點fi上第l個稀疏信號的陣列導向...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：甄佳奇，王志芳，
申請(專利權)人：黑龍江大學，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23
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