[发明专利]一种用于MUSIC算法的阵元位置误差校准方法

说明书

本发明公开了一种用于MUSIC算法的阵元位置误差校准方法，包括：根据工作频点、空间目标位置、目标个数、阵元位置误差下阵列天线的阵元数、单元间距，计算出虚拟均匀天线阵列的阵元数、阵元间距及其最小均方差；根据所述协方差矩阵计算优化内插虚拟均匀天线阵列的均方根误差；接收所述均方根误差，根据实测工作频点的范围，实时控制虚拟均匀天线阵列的阵元数、阵元间距；根据虚拟均匀天线阵列的阵元数、阵元间距及工作频点，得到阵元位置误差下被校正的MUSIC谱。本发明方法根据用阵列天线理论及维纳滤波理论，利用虚拟内插得到的均匀阵列，实现阵元位置误差的校正补偿，保证MUSIC算法的空间谱估计性能。本发明技术具有灵活性高及适用性广等优点。

技术领域

本发明涉及阵元位置误差校准领域，特别是一种用于MUSIC算法的阵元位置误差校准方法。

背景技术

到达角估计(DOA)是阵列信号处理的主要研究方向之一，它广泛应用于雷达、声纳、射电天文学、地震学和海洋学等领域[1]。DOA估计算法，如多信号分类算法(MUSIC)，都是基于精准且均匀的阵元位置，但在实际工程应用中真实阵元位置与设计值之间往往存在误差，误差引起的非均匀阵列将导致DOA估计算法的性能恶化，甚至失效。此外，不同于阵元方向图误差及阵元通道幅相误差，阵元位置误差引起的阵列流型扰动是非线性的相位响应。而这种非线性使得阵元位置误差对DOA估计算法影响的估计及校准变得更加复杂。

MUSIC算法由于在特定条件下具有很高的空间分辨率力、估计精度及稳定性而被广泛研究分析。它通过将任意阵列输出的协方差矩阵分解为正交的信号子空间和噪声子空间，用两个子空间的正交性进行信号参数估计。虽然与离散傅里叶变换(DFT)相比，MUSIC算法可应用于非均匀阵列的DOA估计和波前空间采样，但非均匀阵列对阵列流型的非线性影响是严重的，即使是微扰动也影响很大[4]。因此，有必要对阵列的位置误差进行校准。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于MUSIC算法的阵元位置误差校准方法，解决阵元位置误差引起的阵列流形扰动恶化MUSIC算法性能的问题。

有鉴于此，本发明提供的技术方案是：

第一方面，一种用于MUSIC算法的阵元位置误差校准方法，包括：

根据工作频点、阵元位置误差下阵列天线的阵元数、单元间距、期望的虚拟均匀天线阵列的阵元数及阵元间距，计算出阵元位置误差下阵列天线的自相关矩阵及阵元位置误差下天线阵列与虚拟均匀天线阵列的互相关矩阵；

根据零阶贝塞尔函数、所述自相关及互相关矩阵计算优化内插虚拟均匀天线阵列的均方根误差；

根据所述均方根误差小于百分之一及工作频点，实时控制虚拟均匀天线阵列的阵元数、阵元间距；

根据虚拟均匀天线阵列的阵元数、阵元间距及工作频点，得到阵元位置误差下被校正的MUSIC谱。

在一个实施方式中，根据工作频点、阵元位置误差下阵列天线的阵元数、单元间距、期望的虚拟均匀天线阵列的阵元数及阵元间距，计算出阵元位置误差下阵列天线的自相关矩阵及阵元位置误差下天线阵列与虚拟均匀天线阵列的互相关矩阵，具体包括：

输入工作波长为λ，阵元位置误差下阵列天线的单元数为N，第一个天线单元的坐标为x₀，则其余天线单元的坐标为[x₀+d′₁,x₀+d′₂,...,x₀+d′_N]，d_i′,1≤i≤N为阵元位置下的非均匀阵元间隔，虚拟天线单元数为M，虚拟天线阵元间距为d，则虚拟天线单元的坐标为[x₀+d×(0,1,......,M-1)]；