[发明专利]基于机翼形变拟合的共形阵列幅相误差校正方法

说明书

本发明提出了一种基于机翼形变拟合的共形阵列幅相误差校正方法，用于解决现有机翼共形阵列幅相误差校正方法中存在稳定性低、实时性差的技术问题，实现步骤为：由接收数据计算协方差矩阵并进行特征分解，计算白噪声功率与噪声子空间；由协方差矩阵计算共形阵列的幅度误差矩阵；利用幅度误差矩阵拟合出机翼变形曲线；利用机翼变形曲线计算共形阵列的相位误差矩阵，并结合幅度误差矩阵计算共形阵列响应矩阵，搜索MUSIC谱得到波达方向估计角度；计算代价函数，最后输出满足收敛条件时的波达方向估计结果。本发明不需要少数精确已校正阵元，有效避免产生更多的系统误差，稳定性高，并且以波达方向作为优化变量，计算速度快，实时性好。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及均匀线阵的振动误差校正方法，具体涉及一种基于机翼形变拟合的共形阵列幅相误差校正方法，可用于飞机翼面发生振动时机翼共形阵列进行波达方向估计。

背景技术

共形阵列天线为阵列单元附着于非平面载体上面，形成载体上的灵巧蒙皮。相比传统的面阵，共形阵列具有优良的空气动力学性能、更宽的波束扫描范围以及更小的雷达散射面积等特性，并广泛用于导弹、火箭、飞机和舰船等。由于载体结构不稳定以及安装误差影响，阵列单元会发生位置偏移，产生阵列幅相误差，引起共形阵列波束宽度、增益等性能严重下降。为保证共形阵列正常工作，需要对共形阵列的幅相误差进行校正，常见的校正方法包括自校正方法和有源校正方法两种。有源校正方法需要方位已知的信号源，但是实际工作中的信号源已知方位往往与真实值存在一定偏差，导致校正稳定性不理想，并且该方法不能对方位依赖的幅相误差进行校正。自校正方法一般通过联合估计阵列误差参数和信号方位实现校正，不需要已知信号源的方位，可以实现对方位依赖的幅相误差进行校正。

当载体为机翼表面时，由于受到自身或外界因素影响，结构表面会发生振动变形，引起方位依赖的阵列幅相误差。由机翼振动引起的共形阵列幅相误差具有以下特点：

1.机翼形变较大，容易产生2π模糊，并且阵元距离机翼根部越远，幅相误差越大。

2.阵列位置发生变化，会产生相位误差；如果阵元是定向天线，当阵元波束指向发生偏移，由于阵元不同方向增益不同，将产生幅度误差。

对于由机翼振动引起的共形阵列幅相误差，普遍使用自校正方法进行校正。自校正方法一般可以分为两类：一类方法为采用由几个精确已校正的阵元和未校正阵元组成部分校正阵列，来实现对幅相误差的校正，这种部分校正阵列方法不能保证所有情况下都可以预先设置几个精确已校正阵元，当已校正阵元存在误差时，该方法的校正效果将严重下降，所以稳定性不高。另一类自校正方法采用联合估计阵列误差参数方法，以幅相误差矢量作为优化变量，待优化空间大、收敛速度慢的缺点，导致算法的实时性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于机翼形变拟合的共形阵列幅相误差校正方法，用于解决现有机翼共形阵列幅相误差校正方法中存在稳定性低和实时性差的技术问题。

本发明的技术思路是：首先计算协方差矩阵并进行特征分解，其次计算白噪声功率与噪声子空间，由协方差矩阵计算共形阵列中阵元的幅度误差矩阵，通过幅度误差矩阵拟合出机翼变形曲线，并计算共形阵列存在的相位误差矩阵，再结合幅度误差矩阵得到共形阵列响应矩阵，从而搜索MUSIC谱得到波达方向估计角度，计算代价函数，最后输出满足收敛条件时的波达方向估计结果。

根据上述思路，实现本发明目的采取的技术方案包括如下步骤：

(1)假设探测区域内信号源数N为1，共形阵列参考单元的偏移角度φ₁为零或已知，利用接收数据计算协方差矩阵R，并对该协方差矩阵R进行特征分解，得到白噪声功率σ²和噪声子空间U_N，其中协方差矩阵的表达式为：