一種寬帶陣列幅相與互耦誤差聯(lián)合校正算法

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1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252016V01．37No．31025．1035ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxbbuaa．edu．cahkxb@buaa．educa一種寬帶陣列幅相與互耦誤差聯(lián)合校正算法李衛(wèi)星*，張月，陳曾平，徐世友國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)ATR重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410073摘要：寬帶數(shù)字陣列雷達(dá)接收通道中存在隨頻率變化的幅相誤差和互耦誤差，會嚴(yán)重影響雷達(dá)性能。針對這一問題，提出了一種寬帶數(shù)字陣列幅相與互

2、耦誤差聯(lián)合校正算法。首先選取通帶內(nèi)多個離散頻點(diǎn)，對于每個頻點(diǎn)，將幅相誤差和互耦誤差作為一個整體，采用基于子空間原理的窄帶校正算法估計其陣列失真參數(shù)，并計算校正矩陣；然后將其組合起來，構(gòu)成頻域離散校正矩陣；最后基于最小二乘準(zhǔn)則，設(shè)計了寬帶有限長脈沖響應(yīng)(FIR)校正濾波器矩陣。利用該矩陣，可實(shí)現(xiàn)通帶范圍內(nèi)任意帶寬入射信號的校正。計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性。對實(shí)測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果表明該算法在寬帶數(shù)字陣列雷達(dá)系統(tǒng)中具有實(shí)用價值。關(guān)鍵詞：寬帶數(shù)字陣列雷達(dá)；幅相誤差；互耦誤差；最小二乘；校正矩陣中圖分類號

3、：V243．2；TN911．7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000—6893(2016)03—1025—11寬帶數(shù)字陣列雷達(dá)(DigitalArrayRadar，DAR)是一種接收和發(fā)射都采用數(shù)字波束形成技術(shù)的全數(shù)字化寬帶雷達(dá)，具有動態(tài)范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、可同時形成多波束和易于實(shí)現(xiàn)同時多功能等優(yōu)勢，是未來相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展趨勢，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注【1。3j。在實(shí)際的寬帶DAR系統(tǒng)中，由放大器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等模擬器件的不理想性引起的幅相誤差以及天線陣元問的互耦效應(yīng)引起的互耦誤差，會導(dǎo)致數(shù)字波束形成(

4、Dig—italBeam—Forming，DBF)、高分辨到達(dá)角估計(DirectionofArrival，DOA)等處理算法的性能嚴(yán)重下降，甚至完全失效口“。因此陣列誤差校正是寬帶DAR能否走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)之一。針對陣列幅相與互耦誤差的校正問題，Gup—ta、Parhizgar和Yu等提出了一類基于電磁計算理論的分析方法[6。8]，將陣列天線等效為一個線性雙向網(wǎng)絡(luò)，并通過矩量法計算互耦阻抗矩陣。該類方法需利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量各陣元的感應(yīng)電壓及電流分布，工作量巨大，且天線測量一般需要在微波暗室中

5、進(jìn)行。因此，有些學(xué)者致力于研究從陣列接收數(shù)據(jù)中直接估計出系統(tǒng)誤差的方法。Friedlander和Dai等提出了一種基于子空間原理的校正方法[910]，對幅相誤差、互耦誤差及信源方位等參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合在線估計，通過迭代運(yùn)算尋找多維最優(yōu)解。該方法不需要已知校正源方位，實(shí)現(xiàn)簡單，但容易收斂到局部最優(yōu)值，無法保證參數(shù)估計的唯一性。See等將幅相誤差和互耦誤差作為一個整體，推導(dǎo)出最小二乘準(zhǔn)則下陣列誤差矩陣的閉式解，取得了較好的校正效果u1。12]。但該方法需要多個分時工作且方位已知的校正源，且當(dāng)陣元數(shù)較多時，工作量

6、迅速增加。實(shí)際上，天線的互耦效應(yīng)會隨著距離的增大而迅速減弱，當(dāng)間距大于一定值時，可認(rèn)為互耦系數(shù)近似為零，故互耦矩陣具有稀疏性的特點(diǎn)。因收稿日期：2015—05—26；退修日期：2015一07—20；錄用日期：2015—11·19；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015—11—2608：29網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V201511260829002html基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(61471373)*通訊作者Tel：0731-84574453E-mail：lee—wei

7、xing@163．corn引羽格式t李衛(wèi)星．張局，陳曾平。等．一種寬帶陣確幅相與互耦誤差聯(lián)合校正算法iJj．航空學(xué)攝．2016t37(3)：1025-1035LIWX．ZHANGY，CHENZP，etalWidebandcalibrationalgorithmforamplitude—phaseandmutualcouplingerrors(J2．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016．37(3)：102S-1035。航空學(xué)報Mar．252016Vol37No

8、．3此，Jaffer和王鼎等在該算法的基礎(chǔ)上，增加了對失真矩陣稀疏性的約束，大大降低了對校正源個數(shù)的需求，減小了運(yùn)算量，且進(jìn)一步提高了參數(shù)估計精度‘13-143。上述算法主要針對窄帶陣列進(jìn)行誤差校正。對于寬帶陣列，幅相誤差和互耦誤差均隨頻率變化，故在通帶范圍內(nèi)，對于不同頻率的信號分量，其校正矩陣也不一樣。王峰和Liou等對寬帶陣列的幅相誤差校正算法進(jìn)行研究，提出了幅相校正濾波器的設(shè)計方法[1}16]，但沒有考慮互耦誤差的影響。劉章孟和Hong等建立了存在