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专利号: 2018110831777
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种幅相误差下基于部分校准嵌套阵列的欠定波达方向估计方法,其特征在于:其包括如下步骤:步骤一:根据给定阵列时域接收数据和信源数码,以形成最大连续虚拟孔径为原则,选择阵列输出数据,构建四阶累积量向量r;

步骤二:构建阈值判断函数f和 以及连乘子函数 在参考信源交替启停工作下联合应用阈值判决和连乘子函数在采样时间段为2Q内完成阵列幅相误差估计;在前Q采样时间段内,停止参考信源工作,当阈值判断函数f>0且 进行代数运算完成幅相误差估计;当阈值判断函数不满足f>0且 启动参考信源工作,并在后Q采样时间段内进行代数运算完成幅相误差估计,其中Q为时间长度,Q>0,其单位为秒;

步骤三:利用幅相误差估计结果,修正四阶累积量向量r,得到 并基于子阵划分策略获得Toeplitz满秩矩阵;

步骤四:通过ESPRIT算法完成波达方向估计。

2.根据权利要求1所述的幅相误差下基于部分校准嵌套阵列的欠定波达方向估计方法,其特征在于:步骤一中构建所述四阶累积量向量r的步骤如下:S1:预先设置K个具有非零四阶峰值的信源入射到由2L个阵元组成的嵌套阵列上,阵元位置为{0d,1d,…,Ld,2Ld,…,L2d},其中标号位置为{0d,1d,2d,…,Ld}的阵元对应于子阵

1,标号位置为{0d,Ld,2Ld,…,L2d}的阵元对应于子阵2,且标号位置为{0d,1d,Ld}的阵元已校准,d=λ/2,λ为载波波长;

S2:设x(t)为阵列时域接收数据,则第m,n,p,q∈{1,…,2L}个阵元观测数据的四阶累积量为:其中,函数cum{g}代表进行四阶累积量运算;Pm和γm分别代表第m(∈{1,…,2L})个阵元的位置和幅相误差,Pn和γn分别代表第n(∈{1,…,2L})个阵元的位置和幅相误差, 为γn的共轭;Pp和γp分别代表第p(∈{1,…,2L})个阵元的位置和幅相误差;Pq和γq分别代表第q(∈{1,…,2L})个阵元的位置和幅相误差, 为γq的共轭;

xm(t)代表x(t)的第m∈{1,…,2L}行数据;

xn(t)代表x(t)的第n∈{1,…,2L}行数据, 为对xn(t)的各组成元素进行共轭运算后的结果;

xp(t)代表x(t)的第p∈{1,…,2L}行数据;

xq(t)代表x(t)的第q∈{1,…,2L}行数据, 为对xq(t)的各组成元素进行共轭运算后的结果;c4,sk是第k(1≤k≤K)个信源信号的四阶累积量,sk代表第k个信源信号的复幅度;

φk=2πsin(θk)/λ;其中φk表示基础相位差,θk为第k(1≤k≤K)个信源信号的入射角度;

S3:基于嵌套阵列,以形成最大连续虚拟孔径为原则,选择m,n,p,q值形成四阶累积量向量r,表示为r=FAc

其中,F为对应于第m,n,p,q个阵元幅相误差积的对角矩阵;A=[a(θ1),…,a(θK)]代表虚拟导向矩阵, 代表对应于第k(1≤k≤K)个信源信号的虚拟导向矢量, L为实际阵元数的一半,4L2+1为形成的虚拟阵元数,d为阵元间距,满足d=λ/2,λ为载波波长,φk=2πsin(θk)/λ,其中φk表示基础相位差,θk为第k(1≤k≤K)个信源信号的入射角度, 是第k(1≤k≤K)个信源信号的四阶累积量,sk代表第k个信源信号的复幅度, 上标T表示转置操作。

3.根据权利要求2所述的幅相误差下基于部分校准嵌套阵列的欠定波达方向估计方法,其特征在于:在步骤二中所述阈值判决函数定义为f=Q2-τ=|C2,1,1,1+C2,1,2,2|/2-τ其中,f为对应于子阵1的阈值判决函数, 为对应于子阵2的阈值判决函数,Q2=|C2,1,1,1+C2,1,2,2|/2, 且为用户设定的判决阈值,|g|表示取绝对值操作, 表示对K个元素进行求和运算, 是第k(1≤k≤K)个信源信号的四阶累积量,sk代表第k个信源信号的复幅度;

所述连乘子函数定义为

其中,F1和F2为对应于子阵1的连乘子函数, 和 为对应于子阵2的连乘子函数,且代表对括号内k1个元素进行乘积运算。

4.根据权利要求3所述的幅相误差下基于部分校准嵌套阵列的欠定波达方向估计方法,其特征在于:在步骤二中完成阵列幅相误差估计的具体步骤为:A)若f>0且 则子阵1和子阵2的幅相误差分别估计为

其中, 和 分别为第k1+1和L+k2+1个阵元的幅相误差,F1和F2为对应于子阵1的连乘子函数, 和 为对应于子阵2的连乘子函数,Q2=|C2,1,1,1+C2,1,2,2|/2,Q3=(C1,1,1,1+C2,2,2,2+CL+1,L+1,L+1,L+1)/3;且B)若f≤0或 则启动参考信源发射参考信号,并在下一个采样周期基于上述相同的处理方式完成阵列幅相误差估计。

5.根据权利要求4所述的幅相误差下基于部分校准嵌套阵列的欠定波达方向估计方法,其特征在于:在步骤三中获得Toeplitz满秩矩阵的具体步骤为:设 代表F的估计值,取逆处理后得到修正的四阶累积量向量表示为其中, 为 的逆矩阵,A代表虚拟导向矩阵,

将 分成2L2+1份得到满秩矩阵

其中, 0M×N代表M×N的零矩

阵, 代表(2L2+1)×(2L2+1)的单位矩阵;

规定反对角矩阵为

形成Toeplitz满秩矩阵

6.根据权利要求2所述的幅相误差下基于部分校准嵌套阵列的欠定波达方向估计方法,其特征在于:选择m,n,p,q值形成四阶累积量向量,其具体步骤如下:其中,r(l)代表四阶累积量向量的第l个元素。