基于多项式求根的阵列快速自校准技术研究

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波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计是阵列信号处理中的一个重要研究方向,被广泛应用于雷达,无人机的勘探,自动驾驶等等。现有的DOA估计方法大多都需要阵列流型矩阵精确已知,然而在实际应用中,受现实环境的影响不可避免的存在阵列流型误差,导致方法的估计性能急剧恶化,因此对阵列流型误差进行校准具有重大意义。针对阵列流型误差校准的问题,目前国内外学者已提出大批误差自校准方法。秩损(RARE)方法作为经典的误差自校准方法之一,可以在不损失阵列孔径的基础上对阵列流型误差进行校准,但仍存在如下缺陷:1)现有的RARE方法在解决阵元间存在互耦误差的问题时,需要进行谱峰搜索,运算复杂度较高;2)现有的RARE方法在处理阵列间同时存在幅相和互耦误差的问题时,需要分别对幅相和互耦参数进行迭代更新,且每次迭代都需要进行谱峰搜索,运算复杂度更高。针对以上问题,本文的研究内容如下:首先,针对当阵元间存在互耦误差,现有RARE方法需要进行谱峰搜索,运算复杂度较高的问题。提出了一种新型的基于多项式求根的互耦误差自校准方法,该方法利用多项式求根思想,对代价函数矩阵进行行列式计算,通过找出最接近于单位圆的根,实现DOA及互耦误差的联合校准。该方法有效地避免了谱峰搜索的处理过程,降低了计算复杂度。通过与现有方法的对比试验表明,该方法可以实现DOA的准确估计,特别是在信噪比较低时依然有良好的估计性能。其次,当阵列间同时存在幅相和互耦误差时,现有RARE方法需要采用繁琐的迭代进行计算:1)固定幅相及互耦误差矩阵,对DOA进行更新;2)固定DOA及互耦误差矩阵,对幅相进行更新;3)固定DOA及幅相误差矩阵,对互耦进行更新。且每迭代更新一次流型误差参数,都要进行一次谱峰搜索,运算复杂度更高。针对以上问题,提出了一种基于多项式求根的互耦幅相误差联合校准方法,该方法将繁琐的迭代缩短为两步:1)固定互耦矩阵,对DOA及幅相进行联合更新;2)固定DOA及幅相矩阵,对互耦进行更新。此外,该方法每次对流型误差参数迭代更新时,都采用求多项式根的思想避免了谱峰搜索,进一步降低方法的复杂度。通过与现有方法的对比试验表明,该方法可以有效的改善DOA估计性能。
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