[发明专利]一种基于地貌共形布阵的多元阵列通道无源校准方法

权利要求书

1.一种基于地貌共形布阵的多元阵列通道无源校准方法，其特征在于，包括：

步骤1、针对地貌共性布阵的阵列式高频地波雷达的阵列信息进行校准，校准后的导向矢量表达式为：

其中，θ为一到达角，k为波数，M为多元阵列中阵元总数，Δx_i、Δy_i分别为阵元i与阵元i+1之间的水平间距和垂直间距，i∈[1，M-1]；

步骤2、对单到达角信号进行分离，利用分离的单到达角信号进行各通道幅度增益g_i的求解，将各通道的回波数据除以各自的通道幅度增益g_i，完成幅度校正；

步骤3、根据经幅度校正的单到达角信号和校准后的导向矢量，对通道相位误差Φ进行最优估计，进而实现通道相位的校准；最优估计过程中Φ的初始值的确定方式为：

步骤301、取一正整数K，在区间[-π，π)对到达角θ以π/K为步长进行一维搜索；

步骤302、以∠[Φa(θ)]＝∠[ωE_s(θ)]作为限制条件，针对步骤301确定的每一个θ获取对应的满足所述限制条件的通道相位误差矩阵Φ；其中E_s(θ)为候选信号所对应的信号子空间，所述候选信号为校正过的单到达角信号中信噪比最高的信号，复数ω确保的ωE_s(θ)第一项为1，∠[]表示取幅角；

步骤303、针对步骤302获取的相位误差矩阵Φ计算最优估计的代价函数值，当代价函数值取最小值时，对应Φ为进行二次型迭代搜索的初始值，具体方式为：

针对步骤302获得的每一个Φ，以Φ作为通道相位误差，将R个单到达角信号都带入MUSIC表达式进行到达角的估计，再将Φ和估计出的所有单到达角带入代价函数Q_MU，计算Q_MU的值；将代价函数取得最小值时对应的Φ作为进行二次型迭代搜索的初始值；

其中，最优估计的代价函数为：

其中，θ_r为单到达角信号r的到达角，为单到达角信号r所对应的噪声子空间，a(θ_r)为单到达角信号r所对应的导向矢量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述对单到达角信号进行分离为：

针对雷达回波的二维谱点，构造阵列接收自相关矩阵，进行特征值分解，求解特征值序列；对特征值序列按照设定的长度阈值N进行截断，保留的特征值序列为S，该长度阈值N取二维回波谱上各个二维谱点所对应的信号源数量的最大值；

当S中存在关系j＝2...N-1，且时，认定当前二维谱点所对应的回波信号为单到达角信号；其中，S_i为序列S中第j个特征值；L为一个给定阈值且L≥1.8。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，针对雷达二维回波谱上信噪比大于20的二维谱点执行特征值分解、截断、关系判断的操作，以确定是否为单到达角信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述确定通道幅度增益g_i的方式为：

针对单到达角信号中的每一个快拍，求解各个阵元的信号幅度；计算阵元信号幅度同参考阵元信号幅度比值，构成一个M行序列；Q个快拍形成M行Q列的矩阵A；然后对该矩阵A按行求取中位数矩阵，形成一个M行中位数序列；

针对所有的R个单到达角信号，将所有的中位数序列合并为一个新的M行R列的矩阵B；对该矩阵B再次按行求取中位数，形成的M行序列即为各通道的通道幅度增益g_i。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水平间距Δx_i、垂直间距Δy_i的获取方式为：

依次测量阵元i+1与阵元i之间的坡度β_i以及间距

对于海面回波而言，有效间距为天线间距在水平平面上的投影距离，即：与笛卡尔直角坐标系x轴之间的夹角记为则水平间距Δx_i、垂直间距Δy_i的表达式为：