适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种幅相误差校正方法，尤其是适用于均匀一维圆阵列（UCA， UniformCircularArray)声纳系统的幅相误差自校正方法，属于声纳技术中信号处理的
技术领域。
【背景技术】
[0002] 在声纳、无线通信等领域中，由于生产工艺和施工技术等方面的原因，接收阵列误 差往往很难避免，这将直接影响系统的探测性能。阵列误差校正一直是阵列信号处理算法 应用于工程实践的关键技术之一，大多数阵列误差可以归结为幅度和相位的误差。目前关 于阵列误差的校正方法可以分为有源校正和自校正两种。有源校正方法需要事先知道校正 源相对于圆阵圆心的准确的位置信息，所以在工程实践中应用比较困难。常见的自校正方 法一般用于线阵阵列，不需要事先放置已知位置信息的校正源，通常需要对建立的代价函 数进行迭代寻优操作，随着阵元数目的增加计算量也会很庞大。而圆阵又凭借其特有的优 势在实际应用中发挥着越来越重要的作用。因此提出一种基于圆阵的快速高效的幅相误差 校正方法是很有必要的。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供适用于均匀圆阵列 声纳系统的幅相误差自校正方法。
[0004] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0005] 适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1，运用模式空间变换理论将均匀圆阵列转换为虚拟线阵列：
[0007] 理想情况下不考虑圆阵阵列存在幅相误差时，根据下式将圆阵数据转换成虚拟线 阵的数据：
[0008] y=Tx (1)，
[0009] 式（1)中，X表示理想情况下圆阵列各阵元接收到的数据，y表示虚拟线阵各阵元 接收到的数据，T表示模式变换矩阵，T根据式（2)得到：
[0010] T= (l/M)^? (2)，
[0011] 式⑵中，M表示圆阵列的阵元数，矩阵J和矩阵F根据式（3)、式⑷得到：
【主权项】
1. 适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤1，运用模式空间变换理论将均匀圆阵列转换为虚拟线阵列； 步骤2,利用TSI算法对变换为虚拟线阵列的均匀圆阵列进行波达方向估计，确定校正 源方位角； 步骤3,通过空间滤波器估计均匀圆阵列的幅相误差参数。
2. 根据权利要求1所述的适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，其特征 在于，步骤1中考虑到均匀圆阵列存在阵列误差的情况，对模式变换矩阵T进行修正得到修 正后的模式变换矩阵Τ' ：Τ' =ΤΓ' Γ为幅相误差参数矩阵。
3. 根据权利要求1或2所述的适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，其 特征在于，步骤2中所述TSI算法包括三个阶段： 第一阶段，采用FFT算法获得归一化角频率的初始估计值，以归一化角频率的初始估 计值作为校正源方位角，所述校正源方位角为校正源入射方向和虚拟线阵阵元排列方向之 间的夹角； 第二阶段，采用多步迭代法计算最终的角频率估计值； 第三阶段，由最终的角频率估计值反推得到校正源的方位角。
4. 根据权利要求3所述的适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，其特征 在于，第二阶段中采用的多步迭代法中，每步迭代的样本长度不同。
5. 根据权利要求4所述的适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，其特征 在于，第二阶段中采用三步迭代法计算各采样快拍下的角频率估计更新值，对各采样快拍 下的角频率估计更新值算数平均获取最终的角频率估计值夂其中，第k个采样快拍下的角 频率估计更新值
%为前一次迭代获得的归一化角频率估计值,Mi为第i次迭代的样本长度，i = 1，2, 3， M1=M' °_8，M2=M' °_9，M3=M'，M'为虚拟线阵列的阵元数，Μ' =2K+1，K为相位模式数，Xk(m) 为第m个阵元在第k个采样快拍下接收的数据。
6. 根据权利要求5所述的适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，其特征 在于，步骤3利用表达式
·通过空间滤波器估计均匀圆阵列的幅相 误差参数，f为均匀圆阵列幅相误差参数的估计值，纟为步骤2中获取的最终角频率估计 值，α为均匀圆阵列的导向矢量，?为对均匀圆阵列导向矢量的估计，（*)^1为向量按元 素求逆运算，Θ为向量的Hadamard积运算，diag表示将向量转化为主对角线上元素为该向 量的对角矩阵。
【专利摘要】本发明公开了适用于均匀圆阵列声纳系统的幅相误差自校正方法，属于声纳技术中信号处理的技术领域。首先，运用模式空间变换理论将均匀圆阵列转换为虚拟线阵列；接着，利用TSI算法对变换为虚拟线阵列的均匀圆阵列进行波达方向估计，确定校正源方位角；然后，通过空间滤波器估计均匀圆阵列的幅相误差参数。本发明在未知校正源位置的情况下采用了TSI算法估计校正源方位角，具有较高的方位角估计精度，进而具有较高的幅相误差的估计精度。
【IPC分类】G01S7-52
【公开号】CN104535987
【申请号】CN201410775273
【发明人】夏伟杰, 金雪, 蒋鹏飞, 董琎琎, 周建江, 窦法旺, 李林成
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月15日