[发明专利]一种基于特定非等间距阵列结构的高精度空间谱测向方法

权利要求书

1.一种基于特定非等间距阵列结构的高精度空间谱测向方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据飞机天线阵列结构，由给定的多阵元特定非等间距天线阵列，计算天线阵元间距；

步骤2：根据步骤1得到的天线阵元间距构建多天线非等间距线阵测向方案和双天线互质阵列测向方案；

所述多天线非等间距线阵测向方案为在天线阵元中选取至少5个阵元，构成非等间距阵列，采用高分辨率的MUSIC算法进行多天线测向；

所述双天线互质阵列测向方案为选取四个阵元，组成两个两天线阵列，根据互质阵列测向原理进行双天线测向；

步骤3：对测向过程中的通道幅相误差特性进行分析，利用单辅助信源校正算法进行误差校正，确定求救目标方位，提高搜救过程中的测向精度。

2.根据权利要求1所述的一种基于特定非等间距阵列结构的高精度空间谱测向方法，其特征在于，所述双天线互质阵列测向方案具体如下：

在测向过程中每个两天线阵列的阵元间距d＝mλ/2，两个两天线阵列的阵元间距的m取值互为质数，阵列的方向矢量表示为：

其中m₁～m_n分别表示第1到n个天线阵列的m的取值，a(θ)为信号真实入射角θ的方向矢量；

当两个天线阵列间存在角度模糊时：

其中θ表示真实入射角，θ′表示模糊角；

在式(2)中，k_n的取值为整数，m_n的取值为正整数，阵列测角范围为(-90°,90°)，sinθ的范围为(-1,1)；所以的取值范围为(-2,2)，有|k_n|m_n个取值，当m_n互为质数时，所以当不同阵列的阵元间距互为质数时，sinθ-sinθ'＝0，两个阵列测向结果均出现谱峰值，不存在角度模糊现象，从而实现互质阵列下的精确测向。

3.根据权利要求2所述的一种基于特定非等间距阵列结构的高精度空间谱测向方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：

考虑到通道幅相误差G，天线阵列的导向矢量改变为A为天线阵列理想导向矢量；阵列的输出数据协方差矩阵为：

其中，X(t)是M×1维矩阵，代表阵列输出的快拍数据矢量；N(t)是M×1维矩阵，代表阵列的噪声数据矢量；S(t)是N×1维矩阵，代表空间来波信号矢量；A是M×N维矩阵，代表空间阵列的流型矩阵，E[.]表示数学期望；

假设通道阵列仅存在幅度误差，通道数量为M,设幅度误差分别为阵列误差矩阵表示为阵列的输出数据协方差矩阵变为：

其中，R_s＝E[S(t)S(t)^H]，代表阵列信号的协方差矩阵，σ_n²代表噪声功率；

进行M个特征值分解，将解算得到的M个特征值按非递减顺序排列并且记为λ₁,λ₂,…,λ_M，对其进行归一化得到归一化特征值η₁,η₂,…,η_M：

其中表示。。。；

当阵列误差矩阵G未知且通道幅度误差存在时，空间谱函数转化为：

其中，U_N表示噪声子空间；

当仅有通道幅度误差存在时，天线阵列的空间谱函数最大值点位置不变，只是幅度减小，所以幅度误差不会影响测向的角度，只会影响空间谱谱峰的高度；

假设通道阵列仅存在相位误差，通道数量为M,设相位误差分别为[β₁ β₂ … β_M]，误差矩阵表示为输出数据协方差矩阵为：

进行M个特征值分解，求得阵列的信号子空间和噪声子空间，最后当通道相位误差存在时，空间谱函数转化为：

当仅有通道相位误差存在时，天线阵列的空间谱函数最大值点位置受相位误差项的影响，当且仅当相位误差为0时，即sinθ₁＝sinθ时，空间谱函数达到最大值点；

单辅助信源校正算法采用方向信息已知的单个辅助信源对通道误差进行估计；假设阵列通道中幅相误差同时存在，辅助信源校正算法需要在空间中设置位置参数己知的校准信源，假设校准信源的方位角为θ_c，信源信号为S(t)，信号功率为噪声功率为通道存在幅相误差G的情况下，接收的求救目标信号为:

接收信号的协方差矩阵为：

其中，Γ表示伽玛函数；

对信号的协方差矩阵进行特征值分解：

其中，为特征值对角矩阵，将按照非单调递增的顺序排列，其中为天线阵列的信号子空间，为天线阵列的噪声子空间，通道不存在幅相误差时，与a(θ_c)张成的列空间等价平行，当通道存在幅相误差G的情况下，与Ga(θ_c)张成的列空间等价平行，所以：

其中，k是未知复常数，公式(12)转换为：

根据公式(14)知，通道幅相误差为：

在测向过程中，根据求得的幅相误差进行校正，进而提升多机协同搜救的测向精度。