一种基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法与流程

本发明涉及电磁波监测，具体而言，涉及一种基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法。

背景技术：

1、在目前日益复杂的电子环境下，想要目标信号的有效增收和干扰，对信号的方位信息的获取是非常关键的参数，已有的阵列处理方法对方位的获取大多采用理想条件下的经典空间谱估计方法，即r.o.schmidt.multiple emitter location and signalparameter estimation[j].ieee trans.sp,1990,38(8):1424-1435。在理想条件下，此方法可获得非常好的估计结果，然而，在实际工程中，传感器阵列自身的误差在电子侦察中高精度数字测向时所引起的测量误差是不容忽视的。阵列天线误差是由于天线施工偏差、温度与湿度的变化导致天线元器件性能变化、天线的射频元器件老化以及阵元之间的电磁互耦效应等因素引起的阵元位置误差、阵元增益和相位不一致误差和阵元互耦误差等诸多因素都会使阵列流形产生误差。因此，对于传感器阵列误差分析的校正是不容忽视的。一般的有关校正的的研究主要集中在将阵列天线的校正转化为误差模型参数估计问题来解决。例如文献method for array calibration in high-resolution sensor arrayprocessing.ieee proc radar,sonar naving.vol.14,no.3,1995.pp.90-95.和文献jointdoa estimation and phase calibration of linear equispaced(les)arrays.ieeetrans.on signal processing.vol.42,no.12,1994.pp.3449-3459。另外，还有采用已知校正源的方法进行误差校正。针对不采用校正源直接对阵列误差进行实时校正，而且计算量较小的实用方法，并将方法推广到宽带信号是面临解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，以在幅相等误差的情况下，提升高精度的空间谱和信号分辨能力。

2、本发明提供的一种基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，包括如下步骤：

3、s1，对于一个接收阵列，生成包含阵列误差的接收信号模型；

4、s2，根据接收信号模型求解接收信号协方差矩阵；

5、s3，对协方差矩阵进行特征值分解，定义最小化代价函数；

6、s4，设定信源角度间隔范围，基于最小化代价函数建立最小化问题；

7、s5，对迭代过程的角度间隔范围进行转换；

8、s6，给出约束条件，并在约束条件下对最小化问题进行求解；

9、s7，根据最小化问题的求解结果得到信号方位估计的空间谱。

10、进一步的，步骤s1中，包含阵列误差的接收信号模型表示为：

11、x＝f·a·s+n

12、其中，x表示阵列接收数据向量，f表示阵列误差，若阵列的幅相误差、互耦和位置误差不依赖于信号的来波方向，则f为主对角线元素不为零的方阵，a表示阵列流形，s为信源，n为加性零均值高斯白噪声。

13、进一步的，对阵列误差f主对角线中第一个元素归一化处理后，得到：

14、

15、其中，fm为复数。

16、进一步的，步骤s2中，接收信号协方差矩阵表示为：

17、rx＝e[x·xh]＝f·arsa·f+σ2i

18、其中，rs为接收信号的自相关矩阵，σ2为噪声功率。

19、进一步的，步骤s3具体为：

20、对协方差矩阵进行特征值分解，能够得到由us的n个列特征向量支撑的信号子空间和由un的m-n个列特征向量支撑的噪声子空间，这两个空间相互正交；则定义最小化代价函数为：

21、

22、其中：

23、un由m-n列噪声特征向量um,m＝m-n+1,…,m组成。

24、a'(θn)＝diag{a(θn)}

25、f＝[1,f2,…,fm]。

26、进一步的，步骤s4具体为：

27、在利用自校正迭代求取信号方位估计前，假设已经采用了已有的方位估计方法粗略的估计信源的方位信息，即信源位于以下l个角度间隔范围内：

28、[rbl,rul],l＝1,…,l

29、建立以下最小化问题：

30、

31、根据最小化代价函数将最小化问题转化为：

32、j＝fh·d·f

33、其中：

34、

35、

36、

37、进一步的，步骤s5中，对迭代过程的角度间隔范围转换为：

38、

39、其中，表示第i迭代得到的估计角度，χ表示采用的角度间隔范围，α表示角度间隔缩减范围，β表示缩减速度参数。

40、进一步的，步骤s6具体为：

41、在约束条件fhw＝1，w＝[1,0,…,0]t下，对最小化问题j＝fh·d·f求解，得到：

42、

43、当对估计出来后，即能够确定阵列误差估计值

44、进一步的，步骤s7中，信号方位估计的空间谱表示为：

45、

46、其中，p(θ)为信号方位估计的空间谱。

47、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

48、1、本发明提出了一种适合任意阵列形式的高精度方位估计的精度方法，能够在幅相等误差的情况下，提升高精度的空间谱和信号分辨能力。在每次迭代过程中修改迭代的角度间隔，这样不仅降低了运算量，而且得到的空间谱的相对增益也较大，仿真试验表明此方法的正确性和实用性。

49、2、本发明不受阵列形式的限制，可以扩展到其它阵列几何结构。

技术特征：

1.一种基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，步骤s1中，包含阵列误差的接收信号模型表示为：

3.根据权利要求2所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，对阵列误差f主对角线中第一个元素归一化处理后，得到：

4.根据权利要求3所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，步骤s2中，接收信号协方差矩阵表示为：

5.根据权利要求4所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，步骤s3具体为：

6.根据权利要求5所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，步骤s4具体为：

7.根据权利要求6所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，步骤s5中，对迭代过程的角度间隔范围转换为：

8.根据权利要求7所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，步骤s6具体为：

9.根据权利要求8所述的基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，其特征在于，步骤s7中，信号方位估计的空间谱表示为：

技术总结
本发明提供一种基于修改自校正迭代的高分辨方位估计方法，包括如下步骤：S1，对于一个接收阵列，生成包含阵列误差的接收信号模型；S2，根据接收信号模型求解接收信号协方差矩阵；S3，对协方差矩阵进行特征值分解，定义最小化代价函数；S4，设定信源角度间隔范围，基于最小化代价函数建立最小化问题；S5，对迭代过程的角度间隔范围进行转换；S6，给出约束条件，并在约束条件下对最小化问题进行求解；S7，根据最小化问题的求解结果得到信号方位估计的空间谱。本发明能够在幅相等误差的情况下，提升高精度的空间谱和信号分辨能力。

技术研发人员：周彬,刘枫,罗李焱,李涛,王明扬,梁敏,曹毅,苏成晓
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16