[发明专利]一种基于响应估计频域拟合的通道均衡方法

说明书

本发明公开了一种基于响应估计频域拟合的通道均衡方法，包括：接收多通道线性调频连续三角波的回波数据；获得回波信号每个频点l的I个样本数据；利用平滑方式计算回波信号每个频点l的协方差矩阵；通过协方差矩阵特征值分解计算每个频点l上的通道相对参考通道响应的幅度比和相位差的粗估计值；利用最小二乘准则的谐波模型拟合得到幅度比和相位差的精准估计值；根据幅度比和相位差的精准估计值计算通道频率响应和拟合后通道幅频响应；利用各个通道的频率响应计算拟合后的通道间相频响应；利用拟合后的通道幅频响应和拟合的通道间相频响应得到均衡器响应。该通道均衡方法提高了通道响应的信噪比，可以有效减小特征值扩散导致的角度估计误差。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，特别涉及一种基于响应估计频域拟合的通道均衡方法。

背景技术

随着相控阵雷达技术和直接数字合成技术的快速发展，结合宽带雷达和数字阵列雷达优势的宽带数字阵列雷达是目前有源相控阵雷达所面临的重要课题。然而宽带数字阵列雷达由于瞬时带宽较大，天线及组件均要求有较大带宽，通道链路中限幅器、低噪声放大器、模拟带通滤波器等射频前端和A/D器件本身等特性的影响，导致通道传输特性失真和通道间频率特性的不一致，即通道失配。分析表明，通道失配严重恶化自适应波束形成、旁瓣对消和到达角估计等的处理性能。为了确保阵列谱估计的顺利实现，需要做好针对宽带的通道均衡和时延补偿。

通道均衡算法基于经典的维纳滤波理论和最小二乘理论，通过插入均衡器来补偿各通道间由于失配而产生的误差，使各通道的幅度和相位相匹配。根据均衡器权值计算方法的不同，通道均衡算法可分为时域均衡方法、频域均衡方法和傅里叶变换法。

时域均衡方法在时域上利用通道输出的差值进行自适应时域滤波器的权系数求解，属于间接方式。在时域上进行求解，优点是工程实现上较为方便，但是时域方法的精度不够，毕竟时域采集的序列并不能完全表示通道的特性。时域滤波器权系数主要取决于输入信号与参考通道特性，而不能根据需求灵活地设计滤波器。并且该方法对于信号的信噪比要求较高。数字阵列雷达对于通道特性的一致性要求较为苛刻，对于通道失配这类随频率变化的缓变误差，均衡滤波器的设计不能被输入信号与参考通道的特性所局限，因此时域最小二乘拟合法在数字阵列雷达上的应用较为局限。

频域均衡方法在某种意义可以看作是期望响应已知的条件下对实际滤波器权系数的求解。该类方法的设计过程较为复杂，但是整体设计的灵活性较高，不用过分依赖输入信号与通道特性，并且利用频域方法设计的滤波器的精度较高。该方法的主要研究热点集中于如何利用算法使实际滤波器的响应更加逼近期望响应和对于最小二乘法求解过程中广义逆的求解问题，以及面对极端条件下，如何解决滤波器阶数、硬件资源与均衡效果之间的矛盾。但是在实际工程应用中，考虑到最小二乘方法中广义逆的求解，它的局限性还是比较大。

傅里叶变换法作为频域最小二乘拟合法的延伸，在继承了频域最小二乘拟合法精度高的特点的基础上，其最大的优点就是在工程上算法简单易于实现，这也是多数数字阵列雷达均衡器设计实例选择该方法的原因。除了上述优点以外，对于傅里叶变换法而言，带外噪声会影响系数的截取，进而影响均衡器的设计与均衡结果，因此对于带外噪声的处理以及系数截取方式这方面仍需进一步研究。

上述方法在工程实现时都需要在接收机前端注入标准信号来完成，并且没有考虑天线和馈线链路中的通道的不一致性。同时在利用频域方法进行均衡时，在信噪比比较低的情况下，待均衡通道频谱的每个频点的值并不能保证全为非零，这样频域中的求解均衡器响应就会出现除数为零的病态问题，而传统方法是利用频域除法和时域循环反卷积的对应关系，使用矩阵形式的循环矩阵伪逆法或者是用循环反卷积的向量迭代法来求解时域循环反卷积，但是反卷积在实时性、运算量和精确度上都比频域法差。而且噪声影响会对频域最小二乘方法和傅里叶变换法产生很大影响。

发明内容