[发明专利]一种基于校准源旋转的测向阵列幅度误差校准方法

说明书

针对高精度测向并行数据采集通道间存在幅度失配的问题，本发明公开一种基于校准源旋转的测向阵列幅度误差校准方法。该方法不需要获取辅助校准源的精确入射信号方向，通过控制和测量待校准阵列的旋转角度，校准阵元间的幅度失配。本发明减小了传统阵列测向系统校准时对校准源的精度要求，使得此技术可以在环境复杂的大规模生产过程中使用。

技术领域

本发明涉及无线高精度测向技术，具体公开一种基于校准源旋转的测向阵列幅度误差校准方法，属于计算、推算或计数的技术领域。

背景技术

阵列信号处理是信号处理领域内的一个重要研究分支，主要是将多个传感器设置在空间的不同位置组成传感器阵列。传统的阵列信号处理主要对空间信号场进行并行接收和处理，如图1所示，目的是提取阵列接收信号的特征参数，并抑制干扰和噪声或不感兴趣的信息。

由于阵列信号处理，依赖于多个通道信号的并行采集，因此其精度受限于通道间的各种误差，例如通道间的幅度失配、相位失配、阵元互耦等等。

考虑M个天线组成的测向阵列，根据已有的阵列误差模型，可以得到：

X(t)＝ΓAS(t)+N(t)

其中，X(t)为M*1维快拍矢量数据，即测向阵列中M个天线的采集信号；N(t)为M*1维阵列噪声矢量；S(t)为N*1维入射信号幅度矢量，其中入射信号包含N个信号源；A为M*N维阵列流型矩阵。Γ为M*M维对角矩阵，对角线上的元素就是通道间的幅度误差。如果仅考虑幅度误差时，Γ对角线上的元素都为实数。如果以天线阵列中的天线1作为参考，那么

Γ＝diag{1，ρ₁，...，ρ_M-1}

其中，ρ_i是个复数，代表第i根天线相对于天线1的幅度误差，|ρ_i|表示幅度误差，arg(ρ_i)表示相位误差。|*|表示取复数绝对值操作，arg(*)表示取复数角度操作。

传统的单辅助校准源校准时，需要在测向系统校准环境中放置一个入射信号方向已知的校准源，此时阵列误差模型中，N为1，且A中的阵列流型矩阵精确已知。因此可以同测得的X(t)获得通道间幅相误差Γ。此时上述阵列误差模型简化为：

X(t)＝Γa(θ_s)s(t)+N(t)

获取上述数据的协方差矩阵，可以得到：

R_xx′＝E(x(t)x^*(t))＝δ_s²Γa(θ_s)a^H(θ_s)Γ^*+δ_n²I

其中，θ_s是辅助信号源的已知精确方向，δ_s²是入射信号源的功率，δ_n²是噪声信号功率。

对上述协方差矩阵进行特征值分解，得到最大的特征值，此时对应的特征矢量就是信号空间的特征矢量。如果阵列天线是均匀线阵ULA时，信号空间的特征矢量可以表示为：

其中，λ₀是测向信号波长，L是ULA线阵间距，ρ_i为Γ中对角线上元素，也就是待校准的误差。

而此时辅助校准源位置已知时：

因此，通过对比e_max和a(θ_s)就可以获得阵列误差。