[发明专利]一种适用于任意阵列的校准方法

说明书

本发明公开了一种适用于任意阵列的校准方法。主要解决阵列测向时幅相、位置以及互耦误差的校准问题，其实现过程是：将阵列天线与射频、数字以及PC相连，并置于平面转台；使转台在所需估计平面按步进进行旋转，每转至一个角度时，接收相应方向上的信号；将每个方向上对应信号进行傅里叶变换，提取对应频点的数值，作为校准之后导向矢量；利用校准后的导向矢量，进行谱峰搜索。本发明使用校准之后的导向矢量进行谱峰搜索，提高了角度分辨力以及测向精度，且该校准方法简单，利于实际工程应用。

技术领域

本发明涉及自适应天线领域领域，特别涉及适用于任意阵列的误差校准方法。

技术背景

阵列信号处理是将多个传感器分别放置在空间不同的位置，组成传感器阵列来接收空间信号并对其进行特定的处理，来增强感兴趣的有用信号、抑制无用的干扰和噪声，并提取需要的信号特征，解读信号中所包含的信息。阵列信号处理的一个基本问题就是确定同时处在空间某一区域内的多个感兴趣的空间信号的方向或位置，即信号的波达方向估计，这也是雷达、声纳、地震勘探、射电天文和医学成像等多种军事和民用领域的重要任务之一。阵列信号处理的另一个主要研究内容是以空间滤波为核心的波束形成，其本质是对来自不同方向的信号进行有目的的增强和抑制处理，最终达到提取信号中信息的目的。而在信号的波达方向估计中，基于特征子空间的测向方法，如MUSIC，ESPRIT方法等，在理论上都具有很高的空间分辨力，具有测出多个来波方向的潜在优势，但是经过不断的理论分析和实验表明，在实际的工程应用中存在的误差会导致测向性能急剧下降，甚至完全失效。实际存在的误差主要包括阵元位置误差、通道幅相误差和天线阵元互耦引起的误差。其中阵元位置误差是由于天线制造、安装等因素导致阵元接收信号的相位和阵列导向矢量存在偏差，最终使得测向性能降低。而互耦是阵列天线的固有特性，当天线单元之间的距离大于或是等于中心频率的半波长时，阵列天线单元之间的互耦会较低，但是随着现代设备小型化的趋势，安装天线的空间是有限的，这就导致天线天线单元之间的互耦效应较强，从而影响阵列特性，使得接收信号发生畸变，改变特征子空间方法中数据协方差的特征值结构，造成测向误差。最后是通道幅相误差，在通常的阵列处理系统中，包括天线单元、发大器、馈线、中频放大器、混频、A/D变换器等一系列模拟设备等都会产生一定的误差，致使通道之间的幅相不一致，从而使得测向性能严重恶化。而对于现有关于上述误差的校准方法，对于实际的工程应用任具有一定不适用性，因此，如何寻找一种易于实际工程实现的校准方法成为了欲待解决的实际问题。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述实际存在的误差，提出的一种适用于任意形式阵列的校准方法。本发明提出一种使用于任意形式阵列的校准方案，实验天线阵列包括一4元线极化直线阵，4元线极化共形阵，通过在不同形式阵列上进行校准，实现了校准方法的适用性，该校准方法具有实施简单，应用性广的优点。

为实现上述发明的目的，本发明技术方案如下：

一种适用于任意阵列的校准方法，包括如下步骤：

步骤1：将M元天线阵列连入对应射频模块、数字处理模块以及PC端，并将整个系统放置于能够按步进进行转动的转台上，以便于接收每个角度的来波信号。

步骤2：发射源发射一束来波，接收系统将其接收后，在PC端上对数据进行处理，保证接收信号的正确性。

步骤3：在步骤2中如果确保了信号的准确性，随即按照设定的坐标系，将转台转至-90°，并按照步进1°进行旋转，转至90°，并且在每一度方向上，接收系统都需采集一组数据(根据需要选择采样点数，我们选取的采样点数为N)，这样，在每个方向上都在PC端存有一组M×N维的时域信号，因此，在整个空域内，共有181×M×N组数据。

步骤4：将每个方向上的数据保存之后，对其进行傅里叶变换，得到每个方向上的各个端口数据的频谱，并取出中心频率的值，这样在每个方向上便可将M×N维的数据变为M×1的向量