[发明专利]一种阵列通道相对延时精确校准方法

说明书

本发明提供一种阵列通道相对延时精确校准方法。该方法包括：在预设方向从远场向阵列各通道接收端发射校准信号，同时采用AD同步采集得到各个通道信号；选定其中一个通道信号作为参考信号，然后采用由一组理想延时滤波器截断得到的FIR延时滤波器组分别对除参考信号外的其他各个通道信号进行延时滤波，得到除参考信号所在通道外的其他各个通道的延时信号集合；将参考信号与其他各个通道的延时信号集合进行相关运算，通过搜索相关峰确定初始相对延时，并从所述初始相对延时中去除各通道传播延时即得到校准后的各通道之间的相对延时。本发明可以克服AD采样速率对相关方法校准延时精度的限制，提高了阵列通道相对延时的校准精度。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，尤其涉及一种阵列通道相对延时精确校准方法。

背景技术

在阵列信号处理领域，常需要对各阵元通道之间的相对延时或载波相位差进行校准。对通道相对延时或载波相位差进行精确校准是应用大部分阵列波束形成方法和信号波达方向估计方法的前提。例如常规波束形成算法(Conditional Beamforming,CBF)、最小方差无畸变响应波束形成算法(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)、以及多重信号分类方法(MUltiple SIgnal Characteristics，MUSIC)等，无一例外，都离不开精确校准通道相对延时或载波相位差。对于线谱或窄带信号场景，阵列通道的相对延时校准可以直接简化为通道载波相位差的校准；但对于宽带信号场景，载波相位差校准无法替代通道相对延时校准。与通道载波相位差校准相比，通道相对延时校准更为基础和通用。

相关方法是校准阵列通道相对延时的主要方法，尤其对宽带信号而言。而相关方法(张存.宽带多通道相位延时测量与校正技术研究[D].电子科技大学.2015)通常在数字域进行，即先将阵列接收的各通道校准信号进行采集，然后对采集得到的各通道数字信号进行时域相关，通过搜索相关峰确定通道相对延时。在采用相关方法校准通道相对延时之时，采样频率的大小决定了通道相对延时校准精度。采样频率越高，通道相对延时校准精度也就越高。但是，受硬件水平限制，很多AD只能在最大采样速率以下工作。以AD9361和ADRV9009两款AD芯片为例，最大采样速率分别为61.44MHz和245.760MHz。

然而，若直接以AD采样的通道信号进行相关，通道相对延时校准精度就等于采样间隔，即采样频率的倒数。该校准精度很大可能无法满足后续阵列信号处理要求。例如，以1GHz载波无线电信号为例，其半波长约为0.15m。若采用线阵进行波束形成和测向，相邻阵元间距不能超过0.15m，信号传播延时差不超过±0.5ns。若要顺利应用波束形成和测向算法，通道相对延时校准精度至少需要高于一个量级以上，即优于0.05ns。而与0.05ns延时校准精度对应的采样频率则高达20GHz，显然这是大部分AD芯片无法达到的。

发明内容

为了克服AD采样频率对相关方法校准延时精度的限制，本发明提供一种阵列通道相对延时精确校准方法。

本发明提供的阵列通道相对延时精确校准方法，包括以下步骤：

步骤1：在预设方向从远场向阵列各通道接收端发射校准信号，同时采用AD同步采集得到各个通道信号；

步骤2：选定其中一个通道信号作为参考信号，然后采用由一组理想延时滤波器截断得到的FIR延时滤波器组分别对除参考信号外的其他各个通道信号进行延时滤波，得到除参考信号所在通道外的其他各个通道的延时信号集合；

步骤3：将参考信号与其他各个通道的延时信号集合进行相关运算，通过搜索相关峰确定初始相对延时，并从所述初始相对延时中去除各通道传播延时即得到校准后的各通道之间的相对延时。

进一步地，步骤1中，根据阵列构型选定预设方向。

进一步地，若阵列为线阵，则选取与阵列所在基线垂直的方向作为预设方向。

进一步地，步骤2中FIR延时滤波器组为：