[发明专利]基于宽带信号的阵列OTA阵形校准方法及校准系统

说明书

本发明公开了一种基于宽带信号的阵列OTA阵形校准方法及校准系统，该校准方法采用已知的宽带OFDM信号作为阵列测试信号，主要包括如下步骤：(1)若干已知方位上的阵列宽带OTA测试；(2)待校准阵列系统误差建模；(3)归一化阵列流形波程差因子的频域去噪，即中心频点上阵元波程差误差的估计；(4)在中心频点执行窄带有源阵形校准算法。本方案利用阵元位置的频率无关特性和OFDM信号子载波频率的等差特性，将归一化阵列流形的波程差因子在频域取平均作为其在中心频点上估计值，以降低噪声影响，提高了阵形校准的精度。相比于传统的窄带阵形校准方法，该方法可利用频域去噪替代时域去噪和空间域去噪方法，大大降低了阵列测试成本和校准算法计算量。

技术领域

本发明属于阵列校准与阵列信号处理领域，涉及一种基于宽带信号的阵列OTA阵形校准方法。

技术背景

空间谱估计算法的前提是阵列流形精确已知，阵列流形的偏差和扰动会造成空间谱估计算法的性能严重恶化。然而在实际工程中，由于加工工艺和精度的限制，阵列不可避免的存在一些误差，因此，在利用阵列进行谱估计之前，首先需要对阵列的非理想参数进行校准。目前，阵列的有源校准方法可以通过高精度转台或者悬臂得到有效应用。大多数有源校准方法都是在高信噪比的条件下提出的，而在低信噪比情况下，往往校准算法失效或者校正精度较低，不能满足工程需求。随着毫米波通信技术在未来通信的广泛应用，测量工程师对阵列测试和校准的要求也趋向高频率和宽频带发展。由于毫米波信号在传播过程中能量衰减速度加快，相比低频信号，在同等距离下，信号接收端较难达到高信噪比要求。如何在低信噪比情况下提高宽带阵列校准的精度成为了急需研究的问题。

目前，阵列阵形的校准仍旧在窄频带前提下进行，通过重复性阵列测试，利用时域去噪方法提高阵列阵形校准精度，但测试工作量大。对于宽带校准需求，阵列的阵形校准通常是在各个子载波频带中均执行一次窄带阵列校准算法，最终取各个子载波频率上阵元位置估计值的均值作为校准值，计算量较大。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于宽带信号的阵列OTA阵形校准方法，在频域去除噪声影响，以提高低信噪比情况下的阵列校准精度。

为实现上述发明目的，将技术方案执行步骤叙述如下：一种基于宽带信号的阵列OTA阵形校准方法，所述方法包含以下步骤：

步骤1)，在若干已知方位上分别进行发射天线与待校准阵列之间的OTA通信测试；

步骤2)，建立非理想阵列流形关于理想阵列信号和参考方位阵列流形的归一化误差模型；

步骤3)，提取各信号源方位上归一化阵列流形的波程差因子，在频域内取其均值以实现频域去噪，作为中心频点上阵元波程差误差的估计；

步骤4)，建立窄带阵列的波程差误差关于频率、阵元位置误差和信号源方位的封闭式方程，在中心频点求解阵元位置误差。

进一步的，所述步骤1)具体为：

步骤1.1，设置收发阵列之间为视距通信，附近无散射体；

步骤1.2，设计宽带OFDM调制信号作为阵列测试信号，每帧信号包含若干子载波，每个子载波上有若干个调制符号，根据信号循环前缀进行多径信号滤除和信号解调；

步骤1.3，通过阵列通道开关切换，采用单发单收的分时通信模式对待校准阵列系统进行OTA测试，即由矢量信号发生器生成重复连续的阵列测试信号通过发射天线发送，并依次由待校准阵列的各个通道接收，利用矢量信号分析仪对阵列接收信号进行采样；

步骤1.4，重复步骤1.2～步骤1.3，分别从若干条不同但已知方位的信号路径上获取阵列OTA测试信号样本。

进一步的，所述步骤2)具体为：

步骤2.1，在理想收发阵列系统模型的基础上引入阵元位置误差项，建立非理想阵列系统的误差模型；