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专利号: 2019100221793
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:接收系统接收到的雷达信号经过匹配滤波后,在接收机处的输出表示为x(t);

步骤2:求矩阵x(t)的协方差矩阵R,并对其进行特征值分解,得到噪声子空间矩阵EN;

步骤3:初始化迭代计数变量k,初始化收敛精度α,初始化互耦误差矩阵C以及代价函数J0;

步骤4:利用噪声子空间矩阵EN以及初始化的互耦误差矩阵C构造矩阵U;

步骤5:利用U,构造一个关于变量x的多项式f(x),并令f(x)=0,求得模最接近于1的N个根步骤6:利用 求得N个DOA的估计值;

步骤7:定义矩阵T,构造矩阵 得到向量 对其进行归一化处理,并求其平均值得到 重构幅相误差矩阵Γ;

步骤8:利用重构的幅相误差矩阵求得新的互耦系数 重构互耦矩阵C;

步骤9:构造代价函数Jk以及α,判断计数变量k是否达到上限或α是否收敛,若都不满足,k=k+1,并返回步骤4;

步骤10:输出DOA的估计值,Γ以及C。

2.根据权利要求1所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤1中,所述输出x(t)的表达式为:x(t)=CΓAs(t)+n(t),其中:

C表示互耦误差矩阵,它定义为矩阵Toeplitz(1,c1,...,cp,0,...,0)M×M,其中cp表示互耦系数,p=1,2,...,P,P表示互耦系数的个数;

Γ表示幅相误差矩阵,它定义为矩阵diag{τ1,τ2,...,τM},其中M表示阵元个数,diag{·}表示对角矩阵,此对角阵内的对角元素为τ1,τ2,...,τM,幅相误差系数τm=ρmexp(jδm),m=1,2,...M,ρm和δm分别表示第m个阵元的幅值误差和相位误差;假设总共M个阵元中有Mc个阵元未校准,不失一般性,记其序号为{1,2,...,Mc},则其它阵元的幅相误差系数可记为τm=1,m∈{Mc+1,Mc+2,...,M};

A表示阵列流型矩阵,它的定义为[a(θ1),a(θ2),...,a(θN)],其中N为入射信号个数,θn,n=1,2,...,N,表示第n个真实DOA值, 其中j表示T

虚数, d表示阵元间距,λ表示电磁波的波长,(·) 表示矩阵转置;

s(t)表示t时刻一个N维入射信号向量,n(t)表示t时刻一个M维零均值高斯白噪声向量。

3.根据权利要求1所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤2的具体实现包括:求得阵列数据的协方差矩阵:

R=E{x(t)xH(t)}=CΓARSAHΓHCH+σ2IM其中σ2和IM分别表示噪声方差和M维单位矩阵,(·)H表示共轭转置,RS表示信号协方差矩阵,定义为RS=E{s(t)sH(t)},E{·}表示期望;

然后将R特征分解得到 其中ΛS是协方差矩阵的N个大特征值构成的对角矩阵,ES是与其对应的特征向量;ΛN为其余的M-N个小特征值构成的对角矩阵,与其对应的特征向量为EN,称为噪声子空间矩阵。

4.根据权利要求3所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤4中,构造矩阵U的表达式为: 并将U划分成四个子矩阵:U1的维度是Mc×Mc,U2的维度是Mc×(M-Mc),U3的维度是(M-Mc)×Mc,U4的维度是(M-Mc)×(M-Mc)。

5.根据权利要求4所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤5的具体实现包括:令 构造一个(2M-2Mc-1)×1维的向量v,它的第i个元素vi定义为矩阵S的第k个对角线上所有元素之和;构造一个关于变量x的多项式:令函数f(x)=0,求得模最接近于1的N个根

6.根据权利要求5所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤6中,求得DOA的估计值为:其中: 表示 的相位角, 取值范围是

7.根据权利要求6所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤7的具体实现包括:令 其中 代表矩阵 中

的第i行第j列元素;构造矩阵 并对 进行特征值分解,选取小特征值对应的特征向量,记作 对其进行归一化处理,并求其平均值,得到:其中 表示向量 中的第一个元素,利用所得向量 重构幅相误差矩阵

8.根据权利要求7所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤8的具体实现包括:根据重构后的幅相误差矩阵得到 构造矩阵

其中

代表矩阵 中的第p行第q列元素,令 并构造矩阵 以及M×1维矩阵f=[1,0,...,0]T,通过 得到新的互耦系数,重构互耦矩阵

9.根据权利要求8所述的一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法,其特征在于,步骤9中,所述代价函数Jk以及α的构造方法为:α=Jk-Jk-1。