一种六边形阵互耦误差校正方法研究

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最近几十年以来,一门新兴的空域信号处理技术——空间谱估计(DOA估计),其发展速度相当地迅速。它主要是研究如何提高空间信号的角分辨能力、角度估计精度以及运算速度的算法。空间谱估计技术主要研究空间信号的波达方向问题,且估计精度高、分辨能力强,并能够同时估计出多个信号的波达方向等。然而在工程应用中,由于存在阵列互耦误差,实际的阵列流型和理想情况下的阵列流型之间将出现一定的偏差,这会导致DOA估计性能下降甚至失效,因此互耦误差校正一直是空间谱估计研究领域的一个难点。其中阵列互耦误差的未知参数较多且其校正方法比较复杂,一直以来很难找到一个既简单又有效的阵列互耦误差校正方法。因此互耦误差校正方法是当前一个重要的研究热点。对于上面所提的问题,文中重点研究分析了阵列互耦误差的校正。本文首先介绍了空间谱估计的基础以及两种经典的高分辨DOA估计算法。以DOA估计为基础介绍了阵列信号常见的阵列误差并重点介绍了互耦误差模型,由此介绍了几种常见阵列结构的互耦误差模型。文中分析了两类阵列互耦误差校正算法,即基于辅助阵元的互耦校正方法和互耦自校正方法。辅助阵元法是通过引入一定数量辅助阵元的方式实现阵列互耦误差的校正,该算法不需要迭代运算且不存在局部最优解。互耦自校正方法主要介绍了MUSIC迭代法和矩阵降秩法,MUSIC迭代方法将互耦误差校正问题转化为多参数联合估计问题来求解,以实现阵列互耦误差的估计,最后通过互耦的补偿来完成互耦误差校正。而降秩法无需多维搜索且避免了迭代过程中局部收敛性问题。最后分析和研究了正六边形阵的数学模型及结构特性,利用均匀线阵结构和互耦特性,给出了一种适用于正六边形阵列的互耦误差自校正算法,并实现了阵列互耦误差系数与DOA的联合估计。降秩法的估计精度高、运算量小。最后由计算机模拟仿真,验证互耦误差校正方法的波达方向和互耦误差参数的估计性能。
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