一种利用非圆信号测定天线阵列接收机幅相响应的方法
【专利摘要】本发明针对实际应用中天线阵列信号处理算法所使用的天线阵列接收信号模型中存在幅相响应误差的问题，在两个或两个以上的方向已知的非圆信号与方向未知的信号同时存在的情况下，使用非圆信号作为校正源，利用天线阵列的接收信号向量的扩展向量的样本自相关矩阵的噪声子空间与非圆信号的扩展方向向量之间的正交关系来估计天线阵列的幅相响应，从而实现为波达方向估计、波束形成等天线阵列信号处理所使用的天线阵列接收信号模型提供准确的接收机幅相响应估计的目的。
【专利说明】一种利用非圆信号测定天线阵列接收机幅相响应的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子信息【技术领域】中的天线阵列接收机幅相响应的测定方法，特别是在两个或两个以上的方向已知的非圆信号与方向未知的信号同时存在的情况下利用信号的非圆特性测定天线阵列接收机幅相响应的方法。
【背景技术】
[0002]利用天线阵列接收信号进行信息获取与探测的技术已广泛应用于现代电子侦察、雷达、通信、声纳、地震、射电天文等诸多领域。天线阵列信号处理算法一般都假设所使用的天线阵列接收信号模型中各天线位置、各接收机的幅度和相位响应(简称幅相响应)等模型参数是精确己知的。然而，在当今的加工工艺水平和实际的工程应用中各种误差不可避免，环境的温度、湿度、天线阵列平台的震动、有源器件的老化等都会引起天线阵列信号处理算法所使用的天线阵列接收信号模型中出现阵元位置误差、接收机幅相响应误差。若在天线阵列信号处理算法所使用的天线阵列接收信号模型中不考虑这些误差因素，天线阵列信号处理算法将出现性能严重恶化甚至失效的情况。由于天线阵列信号处理算法所使用的天线阵列接收信号模型中的误差是高精度、高分辨率的天线阵列信号处理技术走向实用化的一个瓶颈，因此，估计天线阵列接收信号模型中的误差具有重要的实用价值，是天线阵列信号处理技术工程实用化的关键之一。
[0003]天线阵列接收信号模型中的误差估计技术是伴随着天线阵列信号处理技术同时发展的，常见的天线阵列接收信号模型中的误差估计方法是通过对特定方向的天线阵列方向向量直接进行测量来实现的，需要准确已知辅助信号的方向。由于应用环境的物理变化或天线阵列各个天线、接收机的维护更换等原因，天线阵列接收信号模型中的实际幅相响应也会出现相应变化，若不进行重新估计，则天线阵列信号处理算法所使用的天线阵列接收信号模型中始终存在幅相响应误差，仍然无法避免天线阵列信号处理算法出现性能严重恶化甚至失效的情况。
[0004]若在进行天线阵列信号处理的同时能实时的估计天线阵列接收信号模型中的实际幅相响应，则可用于对消天线阵列信号处理算法所使用的天线阵列接收信号模型中存在的幅相响应误差，避免天线阵列信号处理算法出现性能严重恶化甚至失效的情况。
【发明内容】
[0005]为了在进行天线阵列信号处理的同时能实时的估计天线阵列接收信号模型中的实际幅相响应，本发明首先利用信号的非圆特性建立天线阵列的接收信号向量的扩展向量和扩展方向向量，再利用天线阵列接收信号的扩展向量的样本自相关矩阵的噪声子空间与非圆信号的扩展方向向量之间的正交关系估计天线阵列的接收机幅相响应，从而实现为波达方向估计、波束形成等天线阵列信号处理所使用的天线阵列接收信号模型提供准确的接收机幅相响应估计的目的。
[0006]本发明采用的天线阵列的接收信号向量通常表示为:[0007]
【权利要求】
1.一种利用非圆信号测定天线阵列接收机幅相响应的方法，包括: 步骤1.初始化处理:将天线阵列的天线数(记为M)，天线阵列的接收信号向量的个数(记为P)初始化存入内存； 步骤2.确定天线阵列的接收信号向量的扩展向量的样本自相关矩阵:首先经过常规方法处理以确定天线阵列的接收信号向量，其次由天线阵列的接收信号向量生成天线阵列的接收信号向量的扩展向量，然后确定天线阵列的接收信号向量的扩展向量的样本自相关矩阵； 步骤3.确定样本自相关矩阵的噪声子空间:对样本自相关矩阵进行特征值分解，确定样本自相关矩阵的噪声子空间； 步骤4.确定天线阵列幅相响应的估计:利用样本自相关矩阵的噪声子空间与非圆信号的扩展方向向量之间的正交关系，确定天线阵列幅相响应估计。
2.按权利要求1所述干扰环境下天线阵列方向向量的测定方法，其特征在于在步骤2中所述经过常规方法处理以获取天线阵列的接收信号向量，其处理方法为I/Q双通道接收方法或希尔伯特变换处理方法，确定的天线阵列的接收信号向量的样本为:
x(t) = [X1 (t) X2 (t)…XM(t)]T 其中X(t)为天线阵列接收的信号向量，向量维数等于天线阵列的天线个数M，t为采样时刻，t = 1,2,…，P，P表示与采样时刻数对应的天线阵列的接收信号向量的个数，xm(t)表示天线阵列的接收信号向量x(t)的第m个元素，m = 1，2，".，M, [.]τ表示矩阵或向量的转置。
3.按权利要求1所述干扰环境下天线阵列方向向量的测定方法，其特征在于在步骤2中所述由天线阵列的接收信号向量生成扩展向量为:
4.按权利要求1所述干扰环境下天线阵列方向向量的测定方法，其特征在于在步骤2中所述确定天线阵列的接收信号向量和虚拟向量的样本自相关矩阵为:
5.按权利要求1所述干扰环境下天线阵列方向向量的测定方法，其特征在于在步骤3中所述对样本自相关矩阵进行奇异值分解，样本自相关矩阵的特征值分解为:
6.按权利要求1所述干扰环境下天线阵列方向向量的测定方法，其特征在于在步骤4中所述利用样本自相关矩阵的噪声子空间与非圆信号的扩展方向向量之间的正交关系，该正交关系为:
7.按权利要求1所述干扰环境下天线阵列方向向量的测定方法，其特征在于在步骤4中所述确定天线阵列幅相响应的估计，就是先对矩阵D进行特征分解，然后选择矩阵D的特征值中最接近I的特征值所对应的特征向量为天线阵列幅相响应的估计，其中，矩阵D由样本自相关矩阵的噪声子空间Q和已知非圆信号的方向向量apj和a(02)根据正交关系而确定，即
【文档编号】G01S3/02GK103926555SQ201310612659
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】徐保根, 万群, 万义和, 汤四龙, 文飞, 邹继锋, 龚辉, 丁学科, 周志平 申请人:同方电子科技有限公司, 电子科技大学