一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法 |
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申请号 | CN201710475991.2 | 申请日 | 2017-06-21 | 公开(公告)号 | CN107037397A | 公开(公告)日 | 2017-08-11 |
申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 郭庆; 苏南池; 王秀红; 邵欣业; 高天娇; 张宇萌; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及 波达方向 估计中的误差估计方法,具体涉及一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法,本发明为了解决现有的阵列误差处理方法往往针对一种误差进行校正,导致处理速度较低、复杂度较高的缺点,而提出一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法,包括:获取幅相误差矩阵和互耦矩阵;根据MUSIC 算法 得到特征分解协方差矩阵、噪声子空间矩阵及估计矩阵;定义空间谱;在空间谱中进行搜索得到N个峰值的DOA估计;求幅相不一致误差矩阵的估计值;求互耦误差矩阵的估计值;计算代价函数;给定 门 限,若相邻两次 迭代 的代价函数差大于门限,则继续迭代;若小于等于门限,则退出循环,得到待估计参量。本发明适用于存在阵列误差情况下的波达方向估计。 | ||||||
权利要求 | 1.一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法,所述方法使用的均匀线阵由M个阵元组成,空间分布了远场信号源N个,方位角θi为待估计量,i=1,2,…,N,阵元数与信号源数满足 其中L为互耦矩阵参数个数,r表示阵列系统方位角维数;其特征在于,所述方法包括: |
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说明书全文 | 一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法技术领域[0001] 本发明涉及波达方向估计中的误差估计方法,具体涉及一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法。 背景技术[0002] 波达方向估计是阵列信号处理中的一个重要研究方向,在雷达、通信、声纳等众多领域有着极为广阔的应用前景。而在空间谱估计中,阵列误差是难以避免的一类误差形式,由此可以导致阵列流型与假设模型不符,从而基于理想模型的DOA算法性能明显下降,这将影响DOA算法的实际化应用,因此开展使波达方向估计在实际应用中具有更稳定性的研究具有现实意义。传统的阵列误差处理方式往往针对某一种误差进行校正,而在实际应用中一般基于多种误差共同存在的情况下估计来波方向,分别处理误差降低了处理速度并增加了复杂度。 发明内容[0003] 本发明的目的是为了解决现有的阵列误差处理方法往往针对一种误差进行校正,导致处理速度较低、复杂度较高的缺点,而提出一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法。 [0004] 一种在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法,所述方法使用的均匀线阵由M个阵元组成,空间分布了远场信号源N个,方位角θi为待估计量,i=1,2,…,N,阵元数与信号源数满足 其中L为互耦矩阵参数个数,r表示阵列系统方位角维数;所述方法使用的均匀线阵由M个阵元组成,空间分布了远场信号源N个,方位角θi为待估计量,i=1,2,…,N,阵元数与信号源数满足 其中L为互耦矩阵参数个数,r表示阵列系统方位角维数;其特征在于,所述方法包括: [0005] 步骤一、初始化迭代计数值n,获取幅相不一致误差矩阵Γ和互耦矩阵C;根据MUSIC算法得到特征分解协方差矩阵 噪声子空间矩阵U以及噪声子空间估计矩阵[0006] 步骤二、定义空间谱 其中a(θ)为导向矢量; 为第k次迭代得到的幅相不一致误差矩阵估计值; 为第k次迭代得到的互耦矩阵估计值。 [0007] 步骤三、在所述空间谱中通过MUSIC算法进行搜索得到N个峰值的DOA估计[0008] 步骤四、求解第k+1次迭代的幅相不一致误差矩阵的估计值 [0009] 步骤五、求解第k+1次迭代的互耦误差矩阵的估计值 [0010] 步骤六、计算第k+1次迭代的代价函数Jc,给定一个任意小门限ε>0,若[0011] [0012] 则令n=n+1,并回到步骤二继续迭代;若 [0013] [0014] 则已经满足迭代条件,退出循环,这时所得到的 和 即为需要的待估计参量。 [0015] 本发明的有益效果为:1、降低了误差处理的复杂度并提高处理速度;2、经过校正后的方均根误差约为0.05左右,与未校正的0.8相比,误差大幅度降低;3、本发明的方法基于多种误差共同存在的情况下估计来波方向,更符合实际应用情况。附图说明 [0016] 图1为本发明的在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法的流程图; [0017] 图2为本发明本发明与存在误差是的估计结果和理想情况下阵列误差校正对比图; [0018] 图3为以方均根误差为准,信噪比对本发明估计结果准确度的影响。 [0019] 图4为以方均根误差为准,快拍数对本发明估计结果准确度的影响。 具体实施方式[0020] 具体实施方式一:本实施方式的在波达方向估计中校正多种阵列误差的方法,所述方法使用的均匀线阵由M个阵元组成,空间分布了远场信号源N个,,方位角θi为待估计量,i=1,2,…,N,阵元数与信号源数满足 其中L为互耦矩阵参数个数,r表示阵列系统方位角维数;其特征在于,所述方法包括: [0021] 步骤一、初始化迭代计数值n,获取幅相不一致误差矩阵Γ和互耦矩阵C;根据MUSIC算法得到特征分解协方差矩阵 噪声子空间矩阵U以及噪声子空间估计矩阵[0022] 步骤二、定义空间谱 其中a(θ)为导向矢量; 为第k次迭代得到的幅相不一致误差矩阵估计值; 为第k次迭代得到的互耦矩阵估计值。 [0023] 步骤三、在所述空间谱中通过MUSIC算法进行搜索得到N个峰值的DOA估计[0024] 步骤四、求解第k+1次迭代的幅相不一致误差矩阵的估计值 [0025] 步骤五、求解第k+1次迭代的互耦误差矩阵的估计值 [0026] 步骤六、计算第k+1次迭代的代价函数Jc,给定一个任意小门限ε>0,若[0027] [0028] 则令n=n+1,并回到步骤二继续迭代;若 [0029] [0030] 则已经满足迭代条件,退出循环,这时所得到的 和 即为需要的待估计参量。 [0031] 具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤四具体为: [0032] 保持DOA估计的角度 和互耦矩阵 不变,计算公式 [0033] [0034] k为当前迭代计数值;由幅相不一致误差矩阵Γ对角元素构成的向量为δ=[Γ11,Γ22,…,ΓMM],Q1(n)=diag{a(θn)}。 [0036] 其它步骤及参数与具体实施方式一相同。 [0037] 具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:步骤五具体为: [0038] 保持DOA估计值 和幅相不一致误差的估计值 不变,计算公式 [0039] [0040] k为当前迭代计数值; 使用表达式作为c的初值带入公式得到 的估计结果,约束条件是C11=1,写成 等式为 通常令W1=[1,0,…,0]T,u=1。再由表达式ci=C1i(i=1,2,…,L)得到互耦矩阵 的估计值。其中 [0041] [0042] 本实施方式迭代的含义是,将 作为c的初始带入到Jc的表达式中进行第一次迭代,这个过程中c的值不断变化,迭代的结果作为 的估计结果。然后将估计结果作为第二次迭代的初值进行迭代,以此类推。迭代结束后得到的 其中的元素ci与C1i还具有一定的关系,即ci=C1i,再通过这种代换,就得到了互耦矩阵 的估计值。 [0043] 其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。 [0044] 具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤六中,任意小门限ε=10-10。 [0045] 其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。 [0046] <仿真实验> [0047] 按照具体实施方式一至四进行仿真,仿真过程中仿真参数设定如下:空间中两个不相干正弦窄带信号从远场入射到10个阵元的均匀线阵,阵元间距是半波长,空间两个不相干远场点信号源分别来自于-20°和-10°,噪声为高斯白噪声,信噪比为10dB。数据快拍数为256次。认为阵元距大于波长时互耦效应可以被忽略,互耦系数矢量设定为[1,0.48-0.04i,0.16-0.05i,0.02-0.01i],随机选取幅度相位误差。 [0048] 性能分析:信噪比(SNR)由0增长到50dB,间隔为5dB,信噪比每变化一次变进行100次重复估计角度,与标准值-20°和-10°进行比较,并计算标准差;快拍数(L)范围为100次到800次,间隔为70,快拍数每变化一次变进行100次重复估计角度,与标准值-20°和-10°进行比较做差,并计算标准差, [0049] 仿真环境为:matlab R2016a,仿真结果如图2至图4所示,图中联合校正后算法为本发明的方法。通过附图的仿真结果可以得到以下结论: [0050] 从图2中可以看出,实验误差环境下普通MUSIC算法谱峰明显降低,而本发明提出的自校正算法估得的空间谱与理想空间谱非常接近。表1中列出了互耦与幅相误差的真实值与迭代自校正后的估计值。由此我们可以看出迭代法对均匀线阵的校正效果,经过联合校正后,误差估计值与角度估计值与实际十分接近. [0051] 表1 [0052] [0053] 由图3和图4可以看出,在误差未校正时,信噪比和快拍数几乎不影响估计准确度,并且一直保持一个相对较大的数值,而利用本发明的算法处理阵列误差后,随着信噪比与快拍数的增加,方均根误差明显降低。 |