[发明专利]一种用于水声换能器线阵的幅相误差校正方法

权利要求书

1.一种用于水声换能器线阵的幅相误差校正方法，该方法利用水池回转机构旋转角度的相对值容易精确控制的特性，使被测阵列逐个接收多个入射角不同的测试信号，采用一定的方法，估计出各测试信号的入射方向和阵列中每个基元幅相误差随入射角变化的曲线，并用其对阵列幅相误差进行校正；包括以下步骤：

(100)测量并计算得到阵列幅相误差随入射角变化的曲线；

(200)利用阵列幅相误差随入射角变化的曲线对波达方向估计进行校正。

2.根据权利要求1所述的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤(100)包括以下子步骤：

(110)得到不同入射角度的采样数据矩阵；

(120)估计各角度对应的幅度误差；

(130)估计起始旋转角度，从而得到各入射角；

(140)估计各角度对应的相位误差，得到阵列幅相误差随入射角的变化曲线。

3.根据权利要求2所述的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤(110)具体步骤如下：

(110)将换能器旋转到某个角度，假设为θ，每次旋转的角度为Δθ，共测量P个点，P个入射角分别为：

θ，θ-Δθ，θ-2×Δθ，…θ-(P-1)×Δθ；

对于不同的入射角度分别得到采样数据矩阵X₁，X₂，…X_P，快拍数为L。

4.根据权利要求2所述的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤(120)具体步骤如下：

(120)利用协方差矩阵R的拓普利兹性估计幅度误差 

5.根据权利要求2所述的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤(130)包括以下子步骤：

(131)利用幅度误差 校正阵列流型：

其中，a(θ)为标准的阵列流型， 为校正幅度误差后的阵列流型；

(132)利用公式(1)估算出回波角： 

其中， 为将采样数据协方差矩阵进行特征值分解后得到的噪声子空间，得到的所有回波角分别为 

(133)利用公式(2)估计起始旋转角度θ：

(134)得到起始旋转角度估计值 Δθ为旋转角度间隔，则各入射角为：

6.根据权利要求2所述的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤(140)包括以下子步骤：

(141)利用公式(3)对相位误差进行估计：

由于

Γa(θ)＝α(θ)·δ

其中，α(θ)＝diag[a(θ)]，记则幅相误差矢量：

其中，w＝[1，0，…，0]^T是一个M×1维列向量；α(θ)为导向矢量，U_N为由采样数据计算得到的协方差矩阵进行特征值分解后得到的噪声子空间；Γ为阵列误差矩阵，Ψ和Φ分别为阵列幅度误差矩阵和相位误差矩阵，且阵列幅度误差矩阵Ψ和相位误差矩阵Φ均为M×M维的对角阵，Ψ_i和Φ_i中的“i”为矩阵的第i行第i列，即[Ψ]_ii＝Ψ_i  ， 

相位误差为：

(142)最后可以通过插值的方法得到各通道的幅相误差曲线。

7.根据权利要求1或2所述的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤(200)中对波达方向估计进行校正的方法为：

利用噪声子空间和阵列流型之间的正交特性，将修正的阵列流型带入到多重信号分类算法搜索式中进行对波达方向的估计；所述搜索公式如下：

其中，a(θ)为导向矢量，Γ(θ)为对应的幅相误差矩阵，通过对幅相误差曲线进行插值得到； 为由采样数据计算得到的协方差矩阵进行特征值分解后得到的噪声子空间。

8.根据权利要求1或2所述的幅相误差校正方法，其特征在于，所述步骤(200)中对波达方向估计进行校正的方法为：

利用公式(4)进行搜索得到校正后回波角；

其中，a(θ)为导向矢量，Γ(θ)为对应的幅相误差矩阵，通过对幅相误差曲线进行插值得到； 为由采样数据计算得到的协方差矩阵进行特征值分解后得到的信号子空间。