一种宽带阵列幅相与互耦误差联合校正算法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252016V01．37No．31025．1035ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxbbuaa．edu．cahkxb@buaa．educa一种宽带阵列幅相与互耦误差联合校正算法李卫星*，张月，陈曾平，徐世友国防科学技术大学ATR重点实验室，长沙410073摘要：宽带数字阵列雷达接收通道中存在随频率变化的幅相误差和互耦误差，会严重影响雷达性能。针对这一问题，提出了一种宽带数字阵列幅相与互

2、耦误差联合校正算法。首先选取通带内多个离散频点，对于每个频点，将幅相误差和互耦误差作为一个整体，采用基于子空间原理的窄带校正算法估计其阵列失真参数，并计算校正矩阵；然后将其组合起来，构成频域离散校正矩阵；最后基于最小二乘准则，设计了宽带有限长脉冲响应(FIR)校正滤波器矩阵。利用该矩阵，可实现通带范围内任意带宽入射信号的校正。计算机仿真实验验证了该算法的有效性。对实测数据的处理结果表明该算法在宽带数字阵列雷达系统中具有实用价值。关键词：宽带数字阵列雷达；幅相误差；互耦误差；最小二乘；校正矩阵中图分类号

3、：V243．2；TN911．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)03—1025—11宽带数字阵列雷达(DigitalArrayRadar，DAR)是一种接收和发射都采用数字波束形成技术的全数字化宽带雷达，具有动态范围大、抗干扰能力强、可同时形成多波束和易于实现同时多功能等优势，是未来相控阵雷达的发展趋势，受到国内外的广泛关注【1。3j。在实际的宽带DAR系统中，由放大器、滤波器、模数转换器等模拟器件的不理想性引起的幅相误差以及天线阵元问的互耦效应引起的互耦误差，会导致数字波束形成(

4、Dig—italBeam—Forming，DBF)、高分辨到达角估计(DirectionofArrival，DOA)等处理算法的性能严重下降，甚至完全失效口“。因此阵列误差校正是宽带DAR能否走向实用化的关键技术之一。针对阵列幅相与互耦误差的校正问题，Gup—ta、Parhizgar和Yu等提出了一类基于电磁计算理论的分析方法[6。8]，将阵列天线等效为一个线性双向网络，并通过矩量法计算互耦阻抗矩阵。该类方法需利用矢量网络分析仪测量各阵元的感应电压及电流分布，工作量巨大，且天线测量一般需要在微波暗室中

5、进行。因此，有些学者致力于研究从阵列接收数据中直接估计出系统误差的方法。Friedlander和Dai等提出了一种基于子空间原理的校正方法[910]，对幅相误差、互耦误差及信源方位等参数进行联合在线估计，通过迭代运算寻找多维最优解。该方法不需要已知校正源方位，实现简单，但容易收敛到局部最优值，无法保证参数估计的唯一性。See等将幅相误差和互耦误差作为一个整体，推导出最小二乘准则下阵列误差矩阵的闭式解，取得了较好的校正效果u1。12]。但该方法需要多个分时工作且方位已知的校正源，且当阵元数较多时，工作量

6、迅速增加。实际上，天线的互耦效应会随着距离的增大而迅速减弱，当间距大于一定值时，可认为互耦系数近似为零，故互耦矩阵具有稀疏性的特点。因收稿日期：2015—05—26；退修日期：2015一07—20；录用日期：2015—11·19；网络出版时间：2015—11—2608：29网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V201511260829002html基金项目：国家自然科学基金(61471373)*通讯作者Tel：0731-84574453E-mail：lee—wei

7、xing@163．corn引羽格式t李卫星．张局，陈曾平。等．一种宽带阵确幅相与互耦误差联合校正算法iJj．航空学摄．2016t37(3)：1025-1035LIWX．ZHANGY，CHENZP，etalWidebandcalibrationalgorithmforamplitude—phaseandmutualcouplingerrors(J2．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016．37(3)：102S-1035。航空学报Mar．252016Vol37No

8、．3此，Jaffer和王鼎等在该算法的基础上，增加了对失真矩阵稀疏性的约束，大大降低了对校正源个数的需求，减小了运算量，且进一步提高了参数估计精度‘13-143。上述算法主要针对窄带阵列进行误差校正。对于宽带阵列，幅相误差和互耦误差均随频率变化，故在通带范围内，对于不同频率的信号分量，其校正矩阵也不一样。王峰和Liou等对宽带阵列的幅相误差校正算法进行研究，提出了幅相校正滤波器的设计方法[1}16]，但没有考虑互耦误差的影响。刘章孟和Hong等建立了存在