随机相幅误差对舷侧阵MVDR波束形成器阵增益的影响

舷侧阵正常工作时,由于海洋环境比较复杂,以及每路水听器通道的传输特性不完全一致,使舷侧阵每一个水听器输出信号的相位和幅度叠加了一个随机误差。在作MVDR自适应波束形成时,该随机误差的存在将影响到基阵的阵增益,降低检测能力。仿真结果表明:幅度和相位误差的存在会降低MVDR波束形成器的阵增益,两类误差越大,阵增益就越小;输入信噪比越高,MVDR波数形成器的阵增益就越小。文中从统计学角度分析了随机相幅误差对协方差矩阵的影响,然后通过数值仿真得到阵增益的变化规律。

存在幅相误差时二维稳健超分辨测角算法

针对4D车载毫米波雷达在俯仰与方位维角度分辨力较低、阵列存在幅相误差时测角有偏的问题,提出一种基于快速稀疏贝叶斯学习的稳健二维超分辨测角方法。首先,利用空域稀疏性特点,对角度域空间进行栅格划分,构建了存在幅相误差时的二维超分辨测角信号模型;然后,通过固定点更新的MacKay SBL重构算法实现了多个邻近目标二维角度估计,并利用基于向量点乘的自校正算法对相位误差进行估计,以对有偏的角度估计进行修正;最后,给出了多输入多输出虚拟阵列下的二维角度估计的克拉美-罗界,并分析了所提算法的计算复杂度。仿真结果表明,在大陆ARS548雷达实际12发16收天线布局下,通过对比6种超分辨测角算法,所提方法在低信噪比、少量快拍下和幅相误差较小时,具有较高的角度分辨力与较低的均方根误差。

存在幅相误差下的稳健稀疏贝叶斯二维波达方向估计

为减小传感器幅相误差的影响,提升方位估计性能,针对L型传感器阵列提出一种存在幅相误差下的稳健稀疏贝叶斯二维波达方向(Direction-Of-Arrival,DOA)估计方法。引入一个辅助角,将二维DOA估计问题转化为两个一维角度估计问题。利用L型阵列两子阵数据互协方差矩阵的对角线元素向量,构造一个含有幅相误差的稀疏表示模型,采用期望最大算法推导未知参数表达式并进行迭代运算,进而获得离网格和信号精度,利用二者构建新的空间谱函数,通过谱峰搜索估计出辅助角;将求得辅助角代入含有幅相误差的阵列接收数据稀疏表示模型,再次运用稀疏贝叶斯学习方法,估计出入射信号的俯仰角;根据3个角之间的关系,估计出方位角。研究结果表明:该方法实现了方位角和俯仰角的自动匹配,进一步克服了幅相误差对估计性能的影响,提高了方位估计的精度和角度分辨力,尤其是在高信噪比和幅相误差较大情况下优势更明显;仿真结果验证了该方法的有效性。

幅相误差对体积阵MVDR波束形成的影响

体积阵是一种由多个水听器组成的立体阵列,能够增大潜标接收基阵的孔径,获得较大的空间增益,工程中多将其制作成具有收合、展开功能的阵列应用于低频吊放声呐。由于各水听器通道内器件参数和幅度增益不一致,体积阵的每个阵元接收到的信号之间存在幅相误差。文中通过建立存在幅相误差时的双圆环体积阵模型,从统计学角度分析了幅相误差对其协方差矩阵、最小方差无畸变(MVDR)波束形成器的输出信噪比(SNR)、阵增益以及方位估计精度的影响。计算机仿真结果表明,阵列幅相误差的存在会导致MVDR波束形成器的输出SNR和阵增益降低;对于相位误差而言,当输入SNR在-5 dB以上时,这种影响随输入SNR的增大越来越明显;对于幅度误差而言,当输入SNR在-10 dB以上时,幅度误差对MVDR波束形成器的输出SNR和阵增益的影响会更显著;并且,相比于幅度误差,MVDR波束形成的方位估计精度对相位误差更加敏感。

基于噪声去加权的阵列幅相误差校正方法

在实际测向系统中,空间谱测向天线阵通道误差校正时,校正系数也对接收通道噪声进行加权,在较低信噪比和临近强干扰抑制时,将导致天线阵列波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计性能下降甚至失效。因此,结合阵列互耦导致天线有源方向图发生畸变的实际情况,在单辅助源通道误差估计基础上,提出改进的空间谱幅相误差校正算法。该算法在通道误差模型中引入天线有源方向图畸变系数,并对噪声协方差加权项进行处理,得到噪声去加权的阵列接收数据协方差矩阵,并在谱峰搜索时修正导向矢量,实现幅相误差校正和空间谱测向。将所提校正算法应用于相干信号测向和临近强干扰空间谱抑制,改善了通道误差条件下的空间谱测向,计算机仿真结果证明所提算法的可行性。

基于PAST的毫米波雷达MIMO阵列幅相误差校正算法

随着毫米波雷达探测场景的复杂多元化,仅仅利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像技术获得探测场景二维信息很难满足实际工程需要。因此,基于车载毫米波雷达二维SAR成像结果,利用高度向多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)阵列来进行到达角(Direction Of Arrival,DOA)估计,获得目标高度信息,实现高分辨率三维点云成像就显得十分重要。然而在实际MIMO阵列中存在的幅度和相位误差会导致DOA估计性能下降,影响目标聚焦效果,难以满足目标分类识别的要求。由于SAR成像后的阵列幅相误差具有时变性,现有的阵列幅相误差校正算法难以兼顾补偿精度和计算效率。针对上述问题,本文首先构建了车载毫米波雷达三维回波模型,提出了一种基于后向投影算法的高分辨三维重构成像方法。相较于传统的毫米波点云成像,该方法可以获得更高的方位向和高度向分辨率。然后,建立了高度向一维阵列信号模型,利用最大似然估计方法,推导了阵列幅相误差最大似然估计值与阵列协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量之间的等效关系。最后,提出了一种基于投影近似子空间跟踪(Projection Approximation Subspace Tracking,PAST)的MIMO阵列幅相误差校正算法,该算法利用PAST技术迭代求解所需的特征向量,有效避免了复杂的估计协方差矩阵和特征分解过程。相较于已有算法,该算法拥有较高的估计精度的同时可以满足工程实时处理的需要。理论分析、数值仿真以及实测实验验证了该算法可以有效排除阵列幅相误差干扰,获得高分辨DOA估计结果。

一种相控阵列天线幅相误差校准方法

相控阵列天线的各收发通道幅相误差会对其性能产生较大影响。在分析相控阵列天线幅相误差的产生原因的基础上,提出了一种幅相误差外、内校准结合方法,其中外校准方法基于(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法引入模拟退火算法对互耦矩阵和阵元位置扰动进行联合估计,可补偿加工制造安装公差及天线阵元间的互耦导致的幅相误差,内校准方法可补偿天线工作环境变化、器件老化等因素导致的幅相误差。计算机仿真结果表明了方法的有效性。

基于辅助阵元的幅相误差和DOA同时估计算法

针对阵元幅相误差使波达方向(direction of arrival,DOA)估计精度下降的问题,提出了一种阵元幅相误差和DOA同时估计算法。该算法通过在阵列一侧设置少量已校正阵元,改变了误差矩阵的结构,并根据改变后的矩阵特征构造了变换矩阵,通过构造的变换矩阵和子空间算法,实现了对阵元幅相误差和DOA的同时估计。此外,该算法能够解决信源功率存在较大差异时误差估计不准的问题,实现了高精度的误差和角度的同时估计。计算机仿真结果证明了所提算法的正确性和有效性。

基于天线幅相误差校正的干扰感知测试方法

随着对抗技术发展,导航设备在复杂电磁环境下的抗干扰性能决定着其效能发挥,特别是多波束技术应用于导航终端抗干扰后,针对干扰特性的识别成为终端研制单位密切关注的问题,干扰来向及干扰强度的精准判断有助于抗干扰算法性能的更大发挥。针对目前主流导航设备抗干扰阵列天线,对天线幅相误差对二维MUSIC算法的影响分析与校正进行研究;基于目前抗干扰导航终端的七阵元天线,开展仿真分析及穹顶式满天星暗室测试,详细描述测试环境、测试场景及测试方法。通过仿真分析及暗室测试,经过天线幅相误差校正后,在三干扰和六干扰下,导航终端干扰感知性能优异,干扰测向精度±5°以内、干扰功率感知误差在5 dB以内,研究成果有助于导航抗干扰终端的研究。

麦克风阵列幅相误差校准的最小二乘系统辨识研究

阵列幅相误差显著降低了麦克风阵列的声源定位算法性能,研究了一种麦克风阵列幅相误差有源宽带近场校准方法。该方法采用一个校准源,线性正弦扫频信号作为激励信号,它先对阵列接受到的信号进行幅值和相位补偿,以阵列中的一个阵元作为参考阵元,把参考阵元与待校准阵元当作单输入单输出线性系统,然后通过递推最小二乘(RLS)系统辨识算法获得用于通道校准的FIR滤波器。用三维声强探头阵列进行校准和声源定位实验,验证了所提出的校准方法实用有效。

SAR激励信号正交调制幅相不平衡预失真校正方法

模拟正交调制技术是合成孔径雷达(SAR)宽带激励信号产生中最常用也是最重要的技术手段之一,随着雷达系统瞬时带宽越来越大,模拟正交调制的IQ一致性特性无法仅依靠器件的对称特性来保证,而IQ不平衡在宽带雷达发射系统中带来的杂散失真会随着链路逐级恶化。针对上述情况,提出一种数字预失真补偿方法,通过对整个发射通道进行系统误差建模并搭建测试系统,能够提取包含正交调制IQ不平衡在内的整个发射链路上的所有幅相误差,并将幅相误差映射到数字基带信号输出的IQ支路上,通过数字预失真的方式补偿发射通道的幅相失真,使得输出的雷达激励信号具有接近理想的幅相特性。最后结合实际的雷达发射系统,利用预失真算法对整个发射链路进行失真校正,给出校正前后的测试对比结果,通过测试表明方法的有效性。

弹载雷达阵列幅相误差校正及目标超分辨技术

传统波束形成方法受瑞利限约束,不能有效分辨主瓣内的两个目标,在阵列存在幅相误差时,参数估计精度和分辨率都会下降。针对该问题,研究了利用强回波信号校正二维面阵幅相误差的方法,并给出了采用平滑多重信号分类(MUSIC)算法处理相干回波信号的阵列平滑方法。仿真实验证明了幅相误差估计算法的有效性,说明了幅相误差对目标分辨的影响较大,在校正后可以恢复目标角度超分辨性能。

通道幅相误差条件下MUSIC空域谱的统计性能

本文分析了通道幅相误差对空间目标参数估计算法MUSIC的影响 .推导了幅相误差下空域谱的统计表达式 ,揭示了幅相误差对空域谱影响的机理 .计算机仿真证明了理论分析的正确性 .结果表明 :幅相误差降低了空域谱峰值 ,从而造成方向估计误差 ,也降低了分辨能力 .

阵列幅度/相位误差的有源校正新方法

实际应用中的阵列存在幅度/相位响应误差,往往导致阵列高分辨算法性能的下降。对此本文给出一种阵列幅度/相位响应误差的有源校正新方法,它基于子空间正交理论,通过对误差建模,将阵列校正问题转换成误差参数估计问题,并利用经典的Lagrange乘子法方便地得到最优解。另外,此方法只需要一个已知方位的校正源,计算简便,无需迭代,可用于阵元位置已知的任意形状的阵列,更适用于实际阵列安装应用前的校正。通过半消声室实验对16-元圆环形声阵列进行了测试和校正,数据处理结果表明,本文所提的校正方法能够准确地估计出各阵元幅度/相位误差,且校正前后MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)波束形成的性能得到明显提高。

多径条件下基于加权空间平滑的阵元幅相误差校正

对阵列误差的低顽建性,一直以来都是高分辨空间谱估计技术走向实用化的一个瓶颈。因此,阵列误差的校正技术在实际工程应用中具有重要的意义。但是,现有的阵列校正算法几乎都没有考虑实际校正过程中辅助校正源的多径传播。基于相干源方位估计的加权空间平滑算法,本文构造了一个多径条件下用于阵元幅相误差校正的代价函数,并通过遗传算法实现了阵元幅相误差的校正。计算机仿真结果验证了新的代价函数具有优良的参数估计性能。

双基地高频地波SIAR通道幅相误差的自校准方法

该文针对多载频阵列发射、单天线接收的双基地高频地波SIAR,分析了通道幅相误差对空时二维超分辨的影响,研究了发射通道幅相误差的自校准方法。该方法利用直达波信号,将传统自校正算法中误差参数与目标参数的联合估计,转化为先估计误差参数再超分辨估计目标参数的级联处理,大大降低了计算量和时间损耗,操作简单且易于实现。该文对影响误差参数估计的因素及因应措施也作了讨论。计算机仿真验证了所提方法的有效性。

一种基于旋转测量的阵列幅相误差校正新方法

校正源信号方向角不容易精确测量,限制了阵列有源校正方法的精度。另一方面,无源校正方法难以应用于存在大阵列误差的场合,其实际应用也受到严重限制。该文提出一种基于旋转测量的阵列幅相误差校正新方法,无需测量校正源信号方向角就能获得较高的校正精度。该方法利用已知的阵列旋转角度,基于最大似然准则获得阵列幅相误差、校正源信号方向角及其复振幅的无模糊估计。相对于校正源信号方向角,阵列旋转角度通过专用测试转台更容易精确测量,因此该方法能以较小的代价获得很高的校正精度。仿真实验验证了该方法的有效性和通用性。

一种均匀线阵互耦和幅相误差校正算法

阵列互耦和幅相误差会严重影响MUSIC算法的测向性能,为此该文基于均匀线阵,给出了一种新的阵列互耦和幅相误差校正算法。文中首先根据阵列协方差矩阵的关系式构造了一种二次代价函数,然后利用理想条件下均匀线阵协方差矩阵具有Toeplitz结构的性质,通过交替迭代的方法对该代价函数进行优化求解,从而估计出了阵列互耦、幅相误差以及理想条件下的协方差矩阵,最后利用MUSIC算法即可得到信源方位的估计值。计算机仿真结果验证了文中算法的有效性。

幅相误差对MUSIC算法空域谱及分辨性能影响的分析

基于正交投影矩阵扰动定理,推导了幅相误差条件下MUSIC算法空域谱的一阶统计表达式,并且给出了一种求解平均信噪比分辨门限的一元二次方程,从而能够计算出相应的信噪比分辨门限。相比目前已有的方法,空域谱的一阶统计表达式不需要计算理想协方差矩阵的特征值和特征向量,仅需要已知阵列流型向量和信源协方差矩阵,并且给出的平均信噪比分辨门限适用于信源功率不一致的情况。数值实验验证了理论分析的正确性。

基于内定标信号的合成孔径雷达系统幅相误差的提取和校正

该文根据合成孔径雷达的三路定标设计，提出了基于内定标信号的收发系统幅相误差的提取和校正方案。与从雷达回波数据中提取系统相位误差的方法相比，该方案具有两方面的优越性：提取误差不受地物特性的限制，使用方便；不但可以提取相位误差，还可以提取系统幅度误差。经验证该方案能大大改善图像质量。