一種掃頻陣列校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陣列校準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其涉及一種掃頻陣列校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的陣列校準(zhǔn)方式通常逐個頻點進行，存在以下問題:1、需要預(yù)知校準(zhǔn)源的方位；2、單頻校準(zhǔn)結(jié)果中存在難以消除的偏差；3、受各種干擾因素影響，校準(zhǔn)值隨頻率波動較大。這些問題在高頻段更加突出。由于天線陣列需要的面積較大，陣列往往受周圍環(huán)境影響，使得來波的波前面改變，不能準(zhǔn)確反映到達(dá)角。因此，即使知道校準(zhǔn)源方位，也不能正確計算其到達(dá)角，給校準(zhǔn)結(jié)果帶來較大偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種無需預(yù)知校準(zhǔn)源位置并可有效抑制隨機干擾影響的掃頻陣列校準(zhǔn)方法。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其改進之處在于，包括以下步驟:
步驟1，校準(zhǔn)源發(fā)射掃頻信號，掃頻信號包括頻率依次等間隔遞增的N個單頻信號，掃頻的起始頻率為fo;
步驟2，陣列接收設(shè)備依次采集單頻信號，陣列接收設(shè)備包括L個通道，L>1，第I通道采集的第η個單頻信號為S1,n;
步驟3，對步驟2采集的單頻信號進行積累處理，由S1,n積累出一個標(biāo)量，標(biāo)量的相位表征了 Sb的相位，獲取該相位；s b的相位為P 1>n,所有通道的相位構(gòu)成陣列相位矢量Pn=Iip1,
η，Ρ2,η，…，Pl,η];
步驟4，對步驟3所得的相位矢量Pn按陣列相位模型進行擬合，使得實際測量數(shù)據(jù)與理論模型的偏差最小，得到擬合相位矢量Qn;
步驟5，利用步驟4所得的擬合相位矢量Qn，得到陣列的通道相位差異矢量(V
[0005]進一步的，步驟I中所述的掃頻信號恰好覆蓋陣列接收設(shè)備的工作頻段，Ν>30，所述單頻信號采用可積累的信號形式。
[0006]進一步的，步驟2中所述的通道具有穩(wěn)定的相位特性。
[0007]進一步的，步驟4中所述的陣列相位模型表達(dá)式為qh^qu+l.(η-1).α.?.Λ，其中Q1,η為所述P u的擬合量，q 1.^Pid+eu，所述e1>n為p u對所述陣列相位模型的偏差，所述ei,n為α的函數(shù)，所述為所述掃頻信號的頻率步進，所述α為常數(shù)，與所述掃頻信號的到達(dá)角相關(guān)。
[0008]進一步的，步驟4中所述的擬合過程準(zhǔn)則為所述ei,n的統(tǒng)計特征最小，其執(zhí)行步驟為:
步驟41，構(gòu)筑所述ei,n的統(tǒng)計量E，所述E同樣為α的函數(shù)，可記為E (a);
步驟42，搜索所述a，使得所述E最小，記為a |E —min，簡記為a m; 步驟43，將所述％代入所述陣列相位模型，可得到所述擬合相位矢量Qn=[qi,n，q2,
η，…，Ql, η]。
[0009]進一步的，步驟5中所述通道相位差異矢量Qci，其表達(dá)式為Qtl=Iiqu, q；^，…，qu
ο]，Qi,ο- Qia-1.α.
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明所公開的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，通過多頻點的整體相位模型對陣列進行校準(zhǔn)，無需預(yù)知校準(zhǔn)源位置，利用統(tǒng)計減小了到達(dá)角預(yù)計等因素帶來的偏差，消除了校準(zhǔn)值隨頻率的波動。具體的說，校準(zhǔn)源發(fā)射掃頻信號，陣列接收設(shè)備采集和處理每個頻率的信號，獲取其相位。所有通道的相位構(gòu)成陣列相位矢量，該矢量為工作頻率的函數(shù)，符合特定的模型。將實測數(shù)據(jù)與模型進行擬合，可以得到通道間的固有差異。相對傳統(tǒng)技術(shù)，該方法無需預(yù)知校準(zhǔn)源位置，可有效抑制隨機干擾的影響。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例1所使用的陣列布局圖；
圖2為本發(fā)明實施例1所公開的校準(zhǔn)流程圖；
圖3為使用本發(fā)明實施例1所公開的校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)前后的比較圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]本發(fā)明所公開的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)源發(fā)射的掃頻信號，恰好覆蓋陣列接收設(shè)備的工作頻段，一邊反映全頻段的特性。N盡量多，使得統(tǒng)計特性更加準(zhǔn)確，一般取Ν>30。所述單頻信號采用可積累的信號形式，如單頻信號和線性調(diào)頻信號。單頻信號經(jīng)過傅里葉變換可得到一個譜峰；線性調(diào)頻信號通過脈沖壓縮也可獲得一個窄峰。該峰值點可作為表征信號的標(biāo)量，其相位代表信號的相位。陣列接收設(shè)備的通道具有穩(wěn)定的相位特性，不隨時間大幅變化。陣列相位模型表達(dá)式為qifqu+l.(η-1).a *fA。其中，n為p [n的擬合量，Qljn=Plj^eljniG 1>n為p u對陣列相位模型的偏差，α的函數(shù)；f λ為掃頻信號的頻率步進；α為常數(shù)，與所述掃頻信號的到達(dá)角相關(guān)。擬合的準(zhǔn)則為所述ei,n的統(tǒng)計特征最小。典型的統(tǒng)計特征為均方根。其執(zhí)行步驟可描述如下:步驟4-1，構(gòu)筑所述ei,n的統(tǒng)計量E，所述E同樣為α的函數(shù)，可記為E (α);步驟4-2，搜索所述a，使得所述E最小，記為a |E —min，簡記為am;步驟4-3，將所述α ?>代入所述陣列相位模型，可得到所述擬合相位矢里 Qn_[Qi,n，％,η，…，Ql, η]。通道相位差升矢里 Q。-[Qi,。，％,。，…，Ql,。]，其中，Qi,。_ Qi, ι_I.a.f1D
[0014]實施例1，將本發(fā)明所公開的掃頻陣列校準(zhǔn)方法用于如圖1所示陣列，陣列為8元均勻線陣線，陣元I至陣元8從右至左依次排列，陣列間距Sm，校準(zhǔn)源位于偏離法線30°、距離約1km的位置，校準(zhǔn)源發(fā)射功率在IW左右。
[0015]校準(zhǔn)過程如圖2所示，包括:發(fā)射掃頻信號、采集信號、獲取相位信息、擬合、計算通道相位差異，共5個步驟。
[0016]步驟I，校準(zhǔn)源發(fā)射掃頻信號，掃頻信號頻率為4MHz~23.9MHz，頻率步進為
0.1MHz，共N=10個頻率，信號形式為線性調(diào)頻，每個頻率發(fā)射512個連續(xù)的線性調(diào)頻脈沖。
[0017]步驟2，陣列接收設(shè)備依次采集單頻信號，采集過程使用IQ分離技術(shù)。陣列接收設(shè)備包括L=S個通道，與陣元一一對應(yīng)，記為通道I至通道8。通道具有穩(wěn)定的相位特性，穩(wěn)定度優(yōu)于3° /24ho第I通道采集的第η個單頻信號為S1,n。S1,n為一段采樣序列，每個采樣點表示為一個復(fù)數(shù)，具有幅度和相位信息。
[0018]步驟3，對步驟2采集的單頻信號進行積累處理。首先對單個線性調(diào)頻脈沖進行脈壓，然后對脈壓結(jié)果進行累加。累加結(jié)果的峰值相位為P1,n，可表征通道相位，所有通道的相位構(gòu)成陣列相位矢量Pn=Iipun, Pu，…，Pl, J。PJM頻率變化的曲線如圖3左側(cè)所示。
[0019]步驟4，對步驟3所得的相位矢量Pn按陣列相位模型進行擬合，使得實際測量數(shù)據(jù)與理論模型的偏差最小，得到擬合相位矢量Qn。根據(jù)陣列信號處理的基本理論，陣列相位模型表達(dá)式為 Q1^q1,i+Ι.(η-1).α.?.Λ。其中，qi,n為 ρ 的擬合量，q U=P1Je1^e “為P1, n對陣列相位模型的偏差，是α的函數(shù)；fA為掃頻信號的頻率步進；α為常數(shù)，與所述掃頻信號的到達(dá)角相關(guān)。本例中α ~ 2 JT.8m.sin (-30° )/ (3e8m/s) ~ 8.38e_8s，該值從實際測量曲線中也可以大致看出。擬合采用最小均方根準(zhǔn)則，選擇適當(dāng)?shù)摩粒筫i,n的均方根最小。具體步驟如下:
步驟41，構(gòu)筑e1>n的均方根E ( α ) = Σ ΧΣ n (e1>n) 2/ (L.N);步驟42，搜索所述a，使得所述E最小，記為a |E —min，簡記為a m，本例中可將搜索范圍確定在8.38e_8s附近；步驟43，將所述a 入所述陣列相位模型，可得到所述擬合相位矢量Q n=[q1>n, q2,n，…，qun]。0?隨頻率變化的曲線如圖3右側(cè)所示。
[0020]步驟5，利用步驟4所得的擬合相位矢量Qn，得到陣列的通道相位差異矢量Qtl;Qq為陣列的固有特性，與頻率無關(guān)。通道相位差異矢量Q O=Iiq1,O，q2,(i，…，Qu]，Qij0= Qia-1.a.4MHz0
【主權(quán)項】
1.一種掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，校準(zhǔn)源發(fā)射掃頻信號，掃頻信號包括頻率依次等間隔遞增的N個單頻信號，掃頻的起始頻率為fo; 步驟2，陣列接收設(shè)備依次采集單頻信號，陣列接收設(shè)備包括L個通道，L>1，第I通道采集的第η個單頻信號為S1,n; 步驟3，對步驟2采集的單頻信號進行積累處理，由S1,n積累出一個標(biāo)量，標(biāo)量的相位表征了 Sb的相位，獲取該相位；s b的相位為P 1>n,所有通道的相位構(gòu)成陣列相位矢量Pn=Iip1,η，Ρ2,η，…，Pl,η]; 步驟4，對步驟3所得的相位矢量Pn按陣列相位模型進行擬合，使得實際測量數(shù)據(jù)與理論模型的偏差最小，得到擬合相位矢量Qn; 步驟5，利用步驟4所得的擬合相位矢量Qn，得到陣列的通道相位差異矢量(V2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其特征在于:步驟I中所述的掃頻信號恰好覆蓋陣列接收設(shè)備的工作頻段，Ν>30，所述單頻信號采用可積累的信號形式。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其特征在于:步驟2中所述的通道具有穩(wěn)定的相位特性。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其特征在于:步驟4中所述的陣列相位模型表達(dá)式為qifqu+l.(η-1).α.，其中Q1,n為所述p u的擬合量，q U=P1, ，所述為P &對所述陣列相位模型的偏差，所述e &為α的函數(shù)，所述f &為所述掃頻信號的頻率步進，所述α為常數(shù)，與所述掃頻信號的到達(dá)角相關(guān)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其特征在于:步驟4中所述的擬合過程準(zhǔn)則為所述ei,n的統(tǒng)計特征最小，其執(zhí)行步驟為: 步驟41，構(gòu)筑所述ei,n的統(tǒng)計量E，所述E同樣為α的函數(shù)，可記為E (a); 步驟42，搜索所述a，使得所述E最小，記為a |E —min，簡記為a m; 步驟43，將所述％代入所述陣列相位模型，可得到所述擬合相位矢量Qn=[qi,n，q2,η，…，Ql, η]。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其特征在于:步驟5中所述通道相位差升矢里 Q。，其表達(dá)式為 Q。- [Qi,。，％,。，…，Ql,。]，Qi,。_ Qi,ι— I.a.fιο
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掃頻陣列校準(zhǔn)方法，其改進之處在于，包括以下步驟：步驟1，校準(zhǔn)源發(fā)射掃頻信號；步驟2，陣列接收設(shè)備依次采集單頻信號；步驟3，對步驟2采集的單頻信號進行積累處理；步驟4，對步驟3所得的相位矢量Pn按陣列相位模型進行擬合，使得實際測量數(shù)據(jù)與理論模型的偏差最小，得到擬合相位矢量Qn；步驟5，利用步驟4所得的擬合相位矢量Qn，得到陣列的通道相位差異矢量Q0。本發(fā)明所公開的掃頻陣列校準(zhǔn)方法，通過多頻點的整體相位模型對陣列進行校準(zhǔn)，無需預(yù)知校準(zhǔn)源位置，利用統(tǒng)計減小了到達(dá)角預(yù)計等因素帶來的偏差，消除了校準(zhǔn)值隨頻率的波動。
【IPC分類】G01R25/00
【公開號】CN104991121
【申請?zhí)枴緾N201510334031
【發(fā)明人】黃曉靜, 李希彬
【申請人】中國電子科技集團公司第二十二研究所
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月16日