针对大型平面天线阵列系统的幅度和相位自动校准方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113821907A(43)申请公布日2021.12.21(21)申请号202110952312.2(22)申请日2021.08.19(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人戴峥沈施豪杨建超谭珂陆星宇虞文超顾红苏卫民(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人陈鹏(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F17/16(2006.01)G06F17/18(2006.01)H01Q3/26(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称针对大型平面天线阵列系统的幅度和相位自动校准方法(57)摘要本发明公开了一种针对大型平面天线阵列系统的幅度和相位自动校准方法，包括：利用盲信号分离算法从平面阵列接收数据中提取混合矩阵，并将混合矩阵归一化；通过假设幅度误差和相位误差为随机变量，利用其概率分布推导出二维空域谱，并对二维空域谱进行搜索，估计出入射信号的方位角和俯仰角；利用混合矩阵与理想阵列流形矩阵之间的关系估计出幅度误差和相位误差。该方法无需已知信号源的方向信息，可以应用于二维的DOA估计场景，且只需要一个入射信号；相比于同类型的校正方法，本方法在自由度和计算复杂度等方面均具备优势。CN113821907ACN113821907A权利要求书1/2页1.一种针对大型平面天线阵列系统的幅度和相位自动校准方法，其特征在于，包括以下步骤：利用盲信号分离算法从平面阵列接收数据中提取混合矩阵，并将混合矩阵归一化；通过假设幅度误差和相位误差为随机变量，利用其概率分布推导出二维空域谱，并对二维空域谱进行搜索，估计出入射信号的方位角和俯仰角；利用混合矩阵与理想阵列流型矩阵之间的关系估计出幅度误差和相位误差。2.根据权利要求1所述的针对大型平面天线阵列系统的增益和相位自动校准方法，其特征在于，利用盲信号分离算法从平面阵列接收数据中提取混合矩阵，并将混合矩阵归一化，具体为：(1.1)考虑D个远场窄带信号源入射到具有M个传感器的平面阵列，D<M，假设第一个传感器阵元位于参考原点，第i个传感器阵元的位置坐标为(xi,yi)，其接收到信号源的信号为xi(t),得到任意t时刻阵列输出X(t)：X(t)＝GΦAs(t)+N(t)式中，G为幅度误差对角矩阵，Φ为相位误差对角矩阵，s(t)为信号源向量，N(t)为加性白噪声向量；A＝[a(θ1,φ1),a(θ2,φ2),...,a(θD,φD)]由理想阵列流向量a(θd,φd)组成，θd和φd分别表示第d个入射信号的方位角和俯仰角，a(θd,φd)的表达式与阵列结构和信号的DOA有关，可表示为：式中λ为窄带信号的波长；〈·〉m为向量的第m个元素；同时假设θd和φd的估计值都在区间中；(1.2)假设来自不同信号源的信号数量已知，信号为非高斯分布，信号之间互相独立，且独立于噪声；基于这些假设，通过JADE算法得到混合矩阵BJADE；采用显性补偿得到归一化的混合矩阵。3.根据权利要求2所述的针对大型平面天线阵列系统的幅度和相位自动校准方法，其特征在于，基于对信号源的假设，采用JADE算法提取出系统的混合矩阵BJADE＝[b1,b2,...,bD]并进行归一化可以得到：式中是对中列向量顺序进行随机排列后的矩阵，和分别为幅度误差矩阵G和相位误差矩阵Φ的估计值。4.根据权利要求2所述的针对大型平面天线阵列系统的幅度和相位自动校准方法，其特征在于，所述的通过假设幅度误差和相位误差为随机变量，利用其概率分布推导出二维空域谱，并对二维空间谱进行搜索，估计出入射信号的方位角和俯仰角，利用混合矩阵与理想阵列流型矩阵之间的关系估计出幅度误差和相位误差，包括步骤：(2.1)假设相位误差是一个随机变量，并假设随机变量的数学期望，即的均值2CN113821907A权利要求书2/2页式中，是第m个阵元的相位误差；(2.2)根据JADE算法得到的归一化混合矩阵计算出其对应于方向的阵列流形向量令(θd,φd)的估计值为并假设和的值都在区间内，利用阵列流形向量和得到第m个传感器的幅度相位误差估计并推导出二维空域谱其中为相位角的估计值；(2.3)在二维空域谱中搜索局部峰值点，以此估计入射信号的DOA，即入射信号的方位角和俯仰角；(2.4)根据(2.3)中得到的方位角和俯仰角估计值和(2.2)中的幅度相位误差表达式计算出平面天线阵列的幅度相位误差。5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～4中任一项所述针对大型平面天线阵列系统的幅度和相位自动校准方法的步骤。6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计