一种阵列天线幅相误差校正方法设计
图1M 阵元阵列天线图Fig.1M -antenna array
一种阵列天线幅相误差校正方法设计
魏婵娟，刘鹏
（中国空间技术研究院航天恒星科技有限公司北京100086）
摘要：阵列信号处理是当前信号处理的热门方向，为信号处理带来极大的方便，阵列信号处理中的各通道不一致问题将会给阵列信号处理带来影响，很多文献中介绍过关于自适应幅相误差校正的理论及方法，但实现起来都比较耗费资源和时间，且效果有待实践验证。提出一种工程上可实现且计算量较小的通道校正方法-查表法。通过仿真，结果表明此方法可以对特定来向的有用信号进行较为准确的校正。
关键词：阵列信号；通道校正；查表法
中图分类号：TN91文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2012）24-0047-04
Comparison of two adaptive anti -jamming algorithm of navigation reciever
WEI Chan -juan ，LIU Peng
（Space Star Technology Co.China ’s Academy of Space Technology ，Beijing 100086，China ）
Abstract:Array signal processing is a promising aspect of digital signal processing ，it brings much convenience to digital signal processing.But the difference between each channel is a big problem in Array signal processing ，which must be eliminated some times.We can find a lot of calibration methods of the amplitude and phase error among RF channels in many papers ，but most of them need too much computation and time ，and the effect is unknown.A new calibration method -look up table method is put forward ，which are very easy to realize.The MATLAB simulation result reflect its serviceability.
Key words:array signal ；amplitude and phase error elimination ；look up table method
收稿日期：2012-06-09稿件编号：201206069
作者简介：魏婵娟（1987—），女，河北石家庄人，硕士研究生。研究方向：信号与信息处理。
随着阵列信号处理技术的发展，多通道接收机被广泛应
用。在实际的阵列天线接收机系统中，各通道间所表现出的
幅相误差模型由多个部分多种形式的误差模型共同作用。一
些情况下接收机仅对特定来向的有用信号感兴趣，只需有用
信号方向的幅相误差被消除即可，无需对所有的信号进行校
正。本文在介绍信号模型及误差模型的基础上，介绍查表法
进而设计出其具体实现方法，并通过仿真验证其有效性。
1
阵列模型1.1阵列信号模型
以M 阵元有核均匀圆阵为例进行阵列信号模型分析。其
阵元分布如图1所示。
M 个阵元位于同一平面内，编号为0的阵元位于圆心，
编号为1～M -1的阵元均匀分布于半径为R 的圆周上。以原
点阵元接收信号为基准，假设信号入射方向为（θ，φ），则m 阵
元接收到的信号与原点接收信号的相位差准m 为[1]：准0（θ，φ）=0，
准m （θ，φ）=2πλR sin θcos[φ-2π（m -1）M-1]m =1，2，…M -1（1）
阵列对（θ，φ）来向信号的响应矢量可表示为：a （θ，φ）=[1，e -j 准1，e -j 准2，…，e -j 准M -1]T （2）
x m （n ）表示m 阵元接收到的信号，其中设阵元0接收到的信号x 0（n ）=s （n ）（文中信号均为窄带信号），则可以将阵列接收信号表示为：x （n ）=[x 0（n ），x 1（n ），…x M -1（n ）]T =a （θ，φ）s （n ）（3）可以看出，阵列信号中包含了信号的来向信息，与天线阵元布局形状及阵元间距有关。电子设计工程Electronic Design Engineering 第20卷Vol.20第24
期No.242012年12月Dec.2012
－47－
多波束天线通道幅相一致性校正及实现(精)
多波束天线通道幅相一致性校正及实现 朱丽龚文斌杨根庆 （中科院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050） 摘要：本文针对多波束天线接收机的通道幅相一致性校正，提出了一种基于自适应算法的校正方法并在FPGA 中实现了该方法。在满足系统要求的前提下，该方法不但实现起来相对容易，而且算法的精度和动态范围也有一定的保证。仿真和试验结果表明，该方法是可行的。关键词：多波束天线，通道失衡，幅相误差，最小均方误差，校正 1．引言 随着人们对卫星通信要求的不断提高，卫星通信技术得到了很大的发展。其中，卫星多波束天线目前己成为提高卫星通信性能、降低系统成本的一项关键性技术。 多通道接收机是DBF 天线系统中信号的必经之路，正是这种多接收通道的结构，使DBF 天线系统增加了幅度和相位误差的潜在来源。与多个天线阵列相连接的多个接收机通道必须要有很高的一致性，否则通道间的失配将严重影响数字波束系统的性能。对多通道间误差的校正正是星载数字多波束天线的关键技术之一。由于目前国内对星载DBF 天线的研究还处于初级阶段，所以需要更多的借鉴智能天线、自适应天线和雷达等领域已有的研究成果。 本文主要针对基于卫星应用的两维阵列DBF 天线系统，采用目前最常用的LMS 算法设计并在FPGA 中实现了对其前端射频多通道接收机的幅相校正系统，最后给出了测试结果。测试结果表明，这种采用定点数制的LMS 算法对系统的幅相误差具有较好的校正性能。 2．数字多波束天线的幅相校正原理
数字多波束天线的组成如图1所示。前端天线阵是由多个天线单元组成两维阵列，阵元接收的信号经射频前端电路、A/ D 转换电路、数字下变频器后送入数字波束形成器处理。[2][1] 设计一个六边形排列的7单元天线阵，A/D后端的数字下变频器和波束形成器均采用FPGA 实现。天线阵接收到的信号首先通过射频通道混频后得到中频信号，再将此模拟中频信号经过ADC 后得到数字中频信号，然后送入DDC 进行下变频；下变频后，每路信号分为正交的I、Q 两路，这些正交的信号再送入波束成形器中进行波束成形，最后的输出即为合成的波束。接收通道在制造时的各种误差、电路器件的选择，A/D的量化精度、DDC 的性能、I/Q两路的正交误差等因素都会引起信号幅度和相位的变化。为了能够正确的波束成形，达到系统的精度要求，就必须要对多通道接收机进行校正，校正系统原理图如下图2 所示。
误差校正步骤
MapGis误差校正 误差校正的意义 在图件数字化输入的过程中，通常由于操作误差，数字化设备精度、图纸变形等因素，使输入后的图形与实际图形所在的位置往往有偏差，即存在误差。 因图纸变形和数字化过程的随机误差所产生的影响，必须经过几何校正，才能消除。 因此，误差校正操作系统的操作对象是由图形矢量化后形成的Mapgis可识别的点、线、面等Mapgis文件。误差校正就是利用已知的理论标准文件，对矢量化后得到的Mapgis文件进行校正，使Mapgis文件获得与理论标准文件同样的坐标参数和精度。 误差校正与镶嵌配准的不同之处：误差校正的操作对象是由对图片矢量化后形成的Mapgis可识别的点、线、面等Mapgis文件；而镶嵌配准的操作对象是图片文件msi文件。 误差校正与镶嵌配准的相同之处：无论是误差校正还是镶嵌配准操作，都需要有作为参照的标准文件；操作过程中，都需要找对找准控制点。 总之，可以这样说，误差校正的处理能力比不上镶嵌配准处理能力，因为图片文件中包含多种要素，若是存在图片文件的标准文件，对图片文件进行镶嵌配准之后，得到校正后的图片文件msi文件，这个文件是含有坐标参数和精度的msi文件，对其矢量化后形成的点、线、面等Mapgis文件，也就含有相应的坐标参数和精度，就不用再进行误差校正了。若是没有图片文件的标准文件，就只能先对图片文件中的要素进行矢量化，之后再对矢量化后的文件，找到其标准文件，并进行误差校正。每张图片包含多种要素，若是不对图片进行镶嵌配准，可能需要多次误差校正，每次矢量化都需要进行误差校正：有时只需要图片某个要素时，只对其进行矢量化，然后进行误差校正，而用到别的要素时，还得再对这个要素矢量化，然后还得再进行误差校正。但是，若是对图片文件msi文件进行镶嵌配准了，就不必每次矢量化后，再进行误差校正了。 误差校正举例如下：蔚县1：10万底图中缺少高程点，需要对图片蔚县底图.msi中的高程点进行矢量化，之后对矢量化后得到的文件进行误差校正。 做图思路如下：由于需要进行误差校正操作，所以得考虑选好控制点、需要有作为参照的理论标准图框。控制点选择公里网的交叉点，并使其在蔚县周边均匀分布，为此，不但对高程点矢量化，而且还要对蔚县周边公里网交叉点进行矢量化；作为参照的理论标准图框是1：10万的蔚县底图的边框，这个不用重新生成标准图框了。 1、建立高程点文件，对高程点进行矢量化，得到高程点.wt文件。
阵列通道不一致性误差快速有源校正算法
第37卷第9期电子与信息学报 Vol.37 No.9 2015年9月 Journal of Electronics & Information Technology Sept. 2015 阵列通道不一致性误差快速有源校正算法 张柯①程菊明①付进*② ①(许昌学院信息工程学院许昌461000) ②(哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001) 摘要：针对阵列通道不一致性引起的幅相误差校正问题，基于多级维纳滤波器(MSWF)，该文提出幅相误差快速校正的简化的多级维纳滤波器(SMSWF)算法。SMSWF算法利用校正源的方位和波形信息对阵列幅相参数进行估计，无需估计协方差矩阵和进行特征值分解，大大地减小了计算量，且具有与特征分解方法相同的幅相参数估计性能。研究发现，单个信源入射到阵列且信源波形已知时，SMSWF算法获得的信号子空间等价于特征分解法得到的信号子空间，这表明SMSWF算法能够替代特征分解法，从而极大减小基于特征分解法的信号处理方法的计算量。 大量计算机仿真和消声水池试验验证了SMSWF算法的优越性能。 关键词：信号处理；阵列校正；有源校正；幅相误差；多级维纳滤波器 中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2015)09-2110-07 DOI: 10.11999/JEIT141651 Fast Active Error Calibration Algorithm for Array Chanel Uncertainty Zhang Ke①Cheng Ju-ming①Fu Jin② ①(School of Information Engineering, Xuchang University, Xuchang 461000,China) ②(College of Underwater Acoustic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China) Abstract:Aiming the error calibration for the array channel uncertainty, a new fast algorithm named Simplified Multi-Stage Wiener Filter (SMSWF) based on the Multi-Stage Wiener Filter (MSWF) is proposed. The SMSWF takes the advantages of the DOA and the waveform of the cooperative source to estimate the gain and the phase factors, and it does not need to estimate the covariance matrix and the eigendecomposition operations. Compared with the eigendecomposition algorithm, the SMSWF has the same performance for estimating gain and phase factors while greatly reduce the complexity. The researches show that if a single source with a known waveform incidence on the array, the signal subspaces obtained by the SMSWF and one obtained by the eigendecomposition are equipollent, which demonstrate that the SMSWF is able to replace the eigendecomposition. The complexity of signal processing methods based on the eigendecomposition can greatly be reduced by replacing the eigendecomposition with the SMSWF. The extensive computer simulations and experiment in anechoice water tank show the superiori performance of the proposed algorithm. Key words:Signal processing; Array calibration; Active calibration; Gain and phase errors; Multi-Stage Wiener Filter (MSWF) 1引言 在测向系统中，生产工艺、安装误差以及平台扰动等使传感器阵列产生幅相误差、阵元位置误差以及互耦现象，这将导致实际的阵列导向矢量与理想的阵列导向矢量有所不同。在这种情况下，常规的高分辨波达方向(Direction Of Arrival, DOA)估计技术，诸如最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortionless Response, MVDR[1]) ，多重信号分类 2014-12-29收到，2015-03-31改回，2015-06-11网络优先出版 国家自然科学基金(51209059, 51279043)资助课题 *通信作者：付进zhangke1127@ (MUltiple SIgnal Classification, MUSIC [2])，旋转不变子空间(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique, ESPRIT[3])和最大似然(Maximum Likelihood, ML[4])等算法的测向性能将严重下降甚至失效。因此，在使用传感器阵列进行DOA估计之前，阵列误差的校正工作是不可或缺的。 在阵列误差校正领域，众多国内外学者对阵列通道不一致所引起的幅相误差校正问题进行了深入的研究[511] -。文献[5]分析了通道幅相误差对MUSIC 算法空域谱及分辨性能的影响，推导了存在幅相误差时MUSIC算法空域谱的一阶统计表达式，揭示
一种阵列天线幅相误差校正方法设计
图1M 阵元阵列天线图Fig.1M -antenna array 一种阵列天线幅相误差校正方法设计 魏婵娟，刘鹏 （中国空间技术研究院航天恒星科技有限公司北京100086） 摘要：阵列信号处理是当前信号处理的热门方向，为信号处理带来极大的方便，阵列信号处理中的各通道不一致问题将会给阵列信号处理带来影响，很多文献中介绍过关于自适应幅相误差校正的理论及方法，但实现起来都比较耗费资源和时间，且效果有待实践验证。提出一种工程上可实现且计算量较小的通道校正方法-查表法。通过仿真，结果表明此方法可以对特定来向的有用信号进行较为准确的校正。 关键词：阵列信号；通道校正；查表法 中图分类号：TN91文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2012）24-0047-04 Comparison of two adaptive anti -jamming algorithm of navigation reciever WEI Chan -juan ，LIU Peng （Space Star Technology Co.China ’s Academy of Space Technology ，Beijing 100086，China ） Abstract:Array signal processing is a promising aspect of digital signal processing ，it brings much convenience to digital signal processing.But the difference between each channel is a big problem in Array signal processing ，which must be eliminated some times.We can find a lot of calibration methods of the amplitude and phase error among RF channels in many papers ，but most of them need too much computation and time ，and the effect is unknown.A new calibration method -look up table method is put forward ，which are very easy to realize.The MATLAB simulation result reflect its serviceability. Key words:array signal ；amplitude and phase error elimination ；look up table method 收稿日期：2012-06-09稿件编号：201206069 作者简介：魏婵娟（1987—），女，河北石家庄人，硕士研究生。研究方向：信号与信息处理。 随着阵列信号处理技术的发展，多通道接收机被广泛应 用。在实际的阵列天线接收机系统中，各通道间所表现出的 幅相误差模型由多个部分多种形式的误差模型共同作用。一 些情况下接收机仅对特定来向的有用信号感兴趣，只需有用 信号方向的幅相误差被消除即可，无需对所有的信号进行校 正。本文在介绍信号模型及误差模型的基础上，介绍查表法 进而设计出其具体实现方法，并通过仿真验证其有效性。 1 阵列模型1.1阵列信号模型 以M 阵元有核均匀圆阵为例进行阵列信号模型分析。其 阵元分布如图1所示。 M 个阵元位于同一平面内，编号为0的阵元位于圆心， 编号为1～M -1的阵元均匀分布于半径为R 的圆周上。以原 点阵元接收信号为基准，假设信号入射方向为（θ，φ），则m 阵 元接收到的信号与原点接收信号的相位差准m 为[1]：准0（θ，φ）=0， 准m （θ，φ）=2πλR sin θcos[φ-2π（m -1）M-1]m =1，2，…M -1（1） 阵列对（θ，φ）来向信号的响应矢量可表示为：a （θ，φ）=[1，e -j 准1，e -j 准2，…，e -j 准M -1]T （2） x m （n ）表示m 阵元接收到的信号，其中设阵元0接收到的信号x 0（n ）=s （n ）（文中信号均为窄带信号），则可以将阵列接收信号表示为：x （n ）=[x 0（n ），x 1（n ），…x M -1（n ）]T =a （θ，φ）s （n ）（3）可以看出，阵列信号中包含了信号的来向信息，与天线阵元布局形状及阵元间距有关。电子设计工程Electronic Design Engineering 第20卷Vol.20第24 期No.242012年12月Dec.2012 －47－
非线性误差校正方法
非线性误差校正方法 1、网格尺寸为26” X 20”，x方向为26”，y方向为20”。以下示图与Campost中网格方向 一致。 y A(0,20) x方向D(26,20) 2、非线性误差校正是通过改变固定位置的偏移量来达到校正的效果。具体描述如下： 偏移量offset(x, y)的单位换算：1 = 0.5mil； 偏移量的正负：正值代表缩短；负值代表拉长； B点为圆点，不存在偏移量offset。 方向拉长万分之一 y方向拉长万分之一 如上图要求校正： y方向拉长万分之一，即20000 X 0.0001 = 2mil 对应偏移量的值为4； x方向拉长万分之一，即26000 X 0.0001 = 2.6mil 对应偏移量的值为5.2.。 给出A, C, D 三点座标如下： A(0,20) --- A.offset(e, -4) C(26,0) --- C.offset(-5, e) D(26,20) --- D.offset(-5, e) 偏移量的值只能取整数，偏移量为e表示程序自动计算。 同理可得缩短的校正方法。 3、矩形的校正 点向下移动1mil
如上图要求校正，给出A, C, D 三点座标如下：A(0,20) --- A.offset(e, e) C(26,0) --- C.offset(e, 2) D(26,20) --- D.offset(e, 2) 第一步确保B点即原点对齐，然后对准A点；C,D两点相对A,B两点向上，偏移量给正值；C,D两点相对A,B两点向下，偏移量给负值； 4、综合2、3两部的校正 给出A, C, D 三点座标如下： A(0,20) --- A.offset(e, -4) C(26,0) --- C.offset(-5, 2) D(26,20) --- D.offset(-5, -2) D点的y值= A点的y值+ C点的y值
通道幅相误差对数字阵列天线性能影响及校准
第14卷 第4期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.14，No.4 2016年8月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Aug.，2016 文章编号：2095-4980(2016)04-0562-05 通道幅相误差对数字阵列天线性能影响及校准 唐晓雷，张令坤，陈飞 (南京电子技术研究所，江苏南京 210039) 摘要：为实现低副瓣数字阵列天线性能，需要对阵面通道幅相误差进行校准。针对此问题，定性分析了通道幅相误差、阵面通道数与数字阵列天线主要性能(副瓣电平、波束指向、增益) 的相对关系，分析结果表明：通道间幅相误差越大，副瓣电平、波束指向、增益越差；通道数越 多，副瓣电平、波束指向受通道误差影响越小，而增益受通道幅相误差的影响与阵面通道数无 关。结合数字阵雷达实际使用中阵面通道幅相误差修调问题，重点研究了通道误差测量方法。给 出了利用内监测法和中场测量法进行通道误差测量的原理、实现方法及适用条件，该2种通道误 差测量方法可以作为互补手段使用。最后，给出了一种基于多次测量取平均值的数字阵列幅相误 差校准方法，仿真结果表明：校准前后，通道幅相误差分别由2 dB和20°变为0.4 dB和2°，满足 指标要求。 关键词：数字阵列天线；幅相误差；内监测法；中场测量法；误差校准 中图分类号：TN958.92文献标识码：A doi：10.11805/TKYDA201604.0562 Effect of channel amplitude/phase errors on digital array performance and calibration TANG Xiaolei，ZHANG Lingkun，CHEN Fei (Nanjing Research Institute of Electronics Technology，Nanjing Jiangsu 210039，China) Abstract：The calibration of channel amplitude/phase errors is necessarily required in order to achieve the performance of low side-lobe digital array. The relationships among channel amplitude/phase errors, array channels and the main performance (side-lobe level, beam direction, gain) of digital array are analyzed. Analysis results show that, the side-lobe, gain and beam direction would deteriorate as the amplitude/phase errors increase; the influence degree of amplitude/phase errors on the side-lobe level and beam direction would decrease as the number of the array channels increase; the influence of amplitude/phase errors on gain is independent on the number of the array channels. According to the adjustment problem of channel amplitude/phase errors in digital array application, as a complementary method of measuring the channel amplitude/phase errors, the principle, implementation methods and application conditions of internal-monitor and mid-field measurement are studied in detail. A calibration method of channel amplitude/phase errors is put forward. Simulation results show that after calibration, the channel amplitude/phase errors decrease from 2 dB and 20°to 0.4dB and 2°respectively，which meets the expected specification. Key words：digital array antenna；amplitude/phase errors；internal-monitor；mid-field measurement； errors calibration 以数字发射机和接收机(Transmitter and Receiver，T/R)组件和数字波束形成(Digital Beamforming，DBF)技术为核心和标志的数字阵列雷达(Digital Array Radar，DAR)是一种全数字化相控阵雷达，能有效实现现代雷达必备的高精确度、多功能、多目标、抗干扰、自适应等能力。新时期战场环境、作战对象的不断变化对雷达探测性能的要求越来越高，以及大规模微波/数字集成电路、微处理器、光控技术的发展，进一步推动了低副瓣、超低副瓣数字阵列雷达的研究和实现[1–4]。在数字阵列雷达[5]中，DBF的实现是在数字域进行的，DBF的数字域 收稿日期：2015-06-29；修回日期：2015-08-06
共形阵列幅相误差校正快速算法
第36卷第5期电子与信息学报 Vol.36 No.5 2014年5月 Journal of Electronics & Information Technology May 2014 共形阵列幅相误差校正快速算法 张学敬* 杨志伟 廖桂生 (西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071) 摘要：基于子空间的联合迭代算法可以实现对空间信源方位和阵列幅相误差参数的联合估计。当对共形阵列进行幅相误差校正时，由于其空域导向矢量不具有Vander monde结构，导致快速高分辨空间谱估计方法无法直接应用，而利用2维谱峰搜索实现空间方位估计的运算量较大，限制了算法在共形阵列上的应用。针对此问题，该文提出一种借助虚拟阵列实现共形阵列幅相误差校正的新方法。该方法利用虚拟阵列的特殊结构快速实现对信源的DOA估计，省去了谱峰搜索过程，因而运算复杂度低，便于工程实现。理论分析和仿真结果验证了所提算法的有效性，可为共形阵列的工程应用提供参考。 关键词：DOA估计；幅相误差校正；共形阵列；虚拟内插 中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2014)05-1100-06 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2013.01025 A Fast Method for Gain-phase Error Calibration in Conformal Array Zhang Xue-jing Yang Zhi-wei Liao Gui-sheng (National Laboratory of Radar Signal Processing, Xidian University, Xi’an 710071, China) Abstract: The joint estimation of the Direction of Arrival (DOA) and gain-phase errors can be implemented by the joint iteration method based on the eigen structure subspaces. However, when applying the method to correct the amplitude and phase error of the conformal array, the fast high-resolution spatial spectrum estimation methods can not be applied directly, because of that the space-domain steering vectors of the conformal array does not possess the Vander monde structure. On the other side, the computation of DOA estimation implemented by searching peak of spatial spectrum in 2-dimension is very large, which limits the application of joint iteration method in conformal array. To solve this problem, this paper proposes a new method for gain-phase error calibration in conformal array by virtual interpolation. The DOA estimation can be implemented rapidly by utilizing the special structure of virtual array, and the searching process of the spatial spectrum peak is eliminated, thus the computational complexity of the proposed method is low and the engineering realization of the proposed method is easy. Theoretical analysis and extensive simulations verify the effectiveness of the proposed methods, and provide a reference for the engineering applications of conformal arrays. Key words: DOA estimation; Gain-phase error calibration; Conformal array; Virtual interpolation 1 引言 在飞行器或其它移动平台载体表面，常常需要安装共形阵列天线[16]-。与常规均匀线阵相比，共形阵列对飞行器的气动性能影响很小，可减小空气阻力，同时共形阵列增大了有效发射孔径，可提供较窄的波束和宽角度扫描。共形阵的优势使其在雷达、移动通信、无线电测向等方面有着广泛的应用前景。 2013-07-11收到，2013-11-07改回 长江学者和创新团队发展计划(IRT-0954)，国家自然科学基金(60901066)，中央高校基本科研业务费专项资金(K5051302007)和陕西省教育厅科研计划项目(2013JK1051)资助课题 *通信作者：张学敬xjzhang7@ 在实际工程应用中，阵列不可避免地存在着各种误差，误差的存在导致阵列高分辨技术(如MUSIC算法)的性能显著下降，甚至失效，因此需要进行误差校正。阵列误差校正方法通常可以分为有源校正类方法[79]-和自校正类方法[1013] -。有源校正方法运算量小，但在校正源存在误差时有源校正算法性能恶化。自校正方法对空间信源的方向与阵列的扰动参数进行联合估计，文献[10]提出的基于子空间的联合迭代自校正算法最具代表性，该算法(称WF算法)不需要校正源，可以在线完成误差参数的估计与校正；但由于该算法需要对信源方位进行估计，对于共形阵列，快速DOA估计算法无法直接应用，而2维谱峰搜索运算量大，难以快速完成，
通道幅相误差多大天线阵测向不受影响
通道幅相误差多大天线阵测向不受影响 注：本文的仿真用7元UCA 测3个辐射源，信号方向上有一定间隔，没有顾及到分辨率。 一．通道幅相误差模型 2M j j 2M (r,)diag(1,r e ,,r e )? ??=Γ 为通道幅相不一致矩阵。 ①(r,)?Γ的第一种模型 'n a n 10.5)ρσ=-? ''n n 1r r /r = 'n b n 0.5)?φσ=- '' n n 1/???= n 1,2,,M = 式中的n ρ和n φ均为在[0,1]范围内均匀分布的随机数,a σ和b σ则分别表示增益和相位因子的方差。 若通道幅相不一致分别为rdB 和0?，则r/40a (101σ=-、b /σ?=②(r,)?Γ的第二种模型―――高斯模型 r /40 n 1r ~(1,10)3 N n 1~(0,)6 N ?? n 1,2,,M = 本次仿真采用第一种模型。下面所有的仿真都在同样的条件下进行，该条件为： 7元UCA 阵（均匀圆阵），圆半径r=37.5mm （等于信号源波长λ，模拟辐射源为复高斯信号），快拍数N ＝256，信噪比SNR = 20dB ，同时测方位θ 和俯仰φ角，20,5,25AOA 10,30,50-??=???? 二． 天线阵接收信号X 的通道幅度误差多大，天线阵测向无影响 这里仅仅考虑通道幅度不一致，阵元互耦不考虑。 2M (r)diag(1,r ,,r )=Γ n r 同上。 =+X AS N ' F X F ε-=X X X '(r)=+X ΓAS N
有时候从谱图上可以清楚地看到待测信号的峰，但在该峰点上没有估计值，在另外同一个峰附近有两个估计值。认为：这两个靠的很近的估计值是来自同一个辐射源。这种考虑似乎与分辨率矛盾。 在同一个通道幅度误差处，进行15次Monte－Carlo仿真，每次(r) Γ变化；求多次仿真测向的均值和标准差。数据如下表所示： 表1 Array 从表1可以看出：同时测方位θ和俯仰φ角，能够容忍的通道幅度误差为1．5dB。 下面是不存在通道幅相误差和通道幅度误差为1．5dB时的空间谱图形。 图1---不存在通道幅相误差
阵列误差校正与分布式信号源测向技术研究
阵列误差校正与分布式信号源测向技术研究在阵列信号处理领域,波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计是一项热门的研究课题,也是雷达、声呐、移动通信和生物医学等系统的重要任务之一。大多数传统的DOA估计算法都是以阵列通道间不存在幅相误差、阵列的阵元位置精确已知和信号模型为点目标或者点信号源的理想假设为前提的。在实际情况下,这些假设很难满足,使得算法的性能严重下降。本论文针对这些理想假设不满足的情况,对阵列误差参数估计和相干分布式信号源的DOA估计问题分别进行了研究。 论文的主要研究内容包括:1.基于有源幅相误差估计算法,推导了幅相误差的估计误差与辅助源方位测量偏差之间的解析表达式,并提出了一种未知辅助源方位的幅相误差估计算法,与传统的有源幅相误差估计算法相比,该算法不需要对辅助源的方位进行精确测量,而是利用两个未知方位的辅助源,通过对辅助源的方位进行估计来取代实际的测量,从而避免了方位测量不准确而产生的额外误差。然后,利用实测数据对宽带阵列通道下的幅相误差估计方法进行了验证,并给出了误差参数的均值和标准差。2.针对阵列幅相误差和阵元位置误差同时存在的误差模型,提出了一种未知辅助源方位的阵列幅相误差和阵元位置误差联合估计算法。传统的有源阵列误差联合估计算法通常在空间设置一个方位已知的远场辅助源对误差参数进行估计,但是在实际工程中,远场信号源的方位往往不便于进行实地测量。 所提算法通过测量待校正阵列的转动角度来取代远场的方位测量,使得工程实现更加方便。3.研究了相干分布式信号源的一维DOA估计算法。由于未知参数包括分布式信号源的中心方位和角度扩展参数,传统算法通常需要进行二维谱搜索或者迭代运算,计算复杂度较高。为了避免高计算复杂度和构造特殊的阵列结构,基于结构简单的均匀线阵,提出了一种求根算法直接估计相干分布式信号源的中心DOA。 所提算法不仅计算量低,估计精度高,而且不需要知道相干分布式信号源的角信号分布函数。4.研究了相干分布式信号源的二维DOA估计算法。首先证明了在具有中心对称特性的平面阵列中,相干分布式信号源的角信号分布权重向量具有对称的结构。利用这一性质,提出了一种相干分布式信号源二维中心DOA估计
有源相控阵雷达通道幅相监测方法研究
有源相控阵雷达通道幅相监测方法研究* 练学辉＊＊ (海军驻南京地区雷达系统军事代表室，南京210003) 摘要:通过仿真分析了通道幅相误差对有源相控阵波束形成的影响，描述了实际工程中测量通道误差的内监测法和外监测法，提出了一种简单、有效的幅相测量方法，并给出了试验数据及图表。 关键词:有源相控阵雷达;通道幅相误差;内监测;外监测 中图分类号:TN958.92文献标识码:A文章编号:1009－0401(2011)04－0062－03 A study on channel amplitude-phase monitoring methods for active phased array radars LIAN Xue-hui (Military Representative Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing，Nanjing210003) Abstract:The effects of the channel amplitude-phase errors on the DBF for active phased array radars are analyzed through the simulation，and the internal and external monitoring methods of measuring the channel errors in actual engineering are described．A simple and effective amplitude-phase measuring method is presented with the test data and charts given． Keywords:active phased array radar;channel amplitude-phase error;internal monitor;external monitor 1引言 随着微电子化和数字技术的飞速发展，数字波束形成技术在相控阵雷达中得到了广泛的应用。数字波束形成技术充分利用了阵列天线所接收到的空间信息，可以快速、灵活地实现波束扫描，并具有抗干扰能力强、可靠性好等多方面的优点。但是，由于各通道间幅相特性的不一致，因而导致了波束指向不正确和旁瓣抬高等问题。这是每个阵列雷达设计者都非常关注的。本文首先分析了引起通道幅相不一致的原因，并且仿真了通道幅相误差对波束形成的影响，最后结合工程实际阐述了有源相控阵雷达中收发通道幅相监测与校准方法［1-2］。 2通道幅相误差分析 2．1通道幅相误差来源分析 有源相控阵雷达系统基本组成如图1所示 。 图1有源相控阵阵面系统框图 在不考虑安装误差和通道间互耦的情况下，影响系统各通道幅相一致性的因素主要包括: (1)天线阵列幅相误差; (2)TR组件幅相误差; (3)数字化信号的量化误差; (4)温度不一致性造成的误差; 第31卷第4期2011年12月 雷达与对抗 RADAR＆ECM Vol．31No．4 Dec．2011 ＊＊＊收稿日期:2011-03-05;修订日期:2011-05-11 作者简介:练学辉，男，1965年生，高级工程师，从事舰载雷达总体技术研究。