一种阵列天线阵元位置_幅度及相位误差的有源校正方法_贾永康

示波器通道时延差校准与时基误差估计

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

示波器通道时延偏差校准与时基误差估计李孝辉王丹妮张慧君边玉敬中国科学院国家授时中心陕西省西安市临潼区书院东路3号 710600 摘要：在进行高精度时差或相位测量时，由于测量设备各通道时延的不一致性会影响测量结果，本文分析了示波器通道时延偏差的测量方法。同时，也分析了示波器的时基误差对测量结果的影响。关键词：通道时延测量 1 引言现在，很多场合需要高精度的时差测量，在进行ns 级和更高精度的时差测量时，设备通道时延已经成了必须要考虑的因素，我们测量结果表明，SR620计数器两个通道的时延差约为0.1ns~0.5ns ，在测量时必须要考虑。另外，测量设备时基也是影响测量精度的另一个重要因素，如果测量设备的时基不准，会影响测量结果，在工程应用中，需要分析时基对测量结果的影响。本文研究了我们使用多通道示波器（54855AgilentA ）的通道偏差和时基误差估计方法。 2 示波器通道时延偏差校准示波器的不同通道，时延值并不相同，两个通道间时延差称为通道时延偏差。本节分析通道时延偏差的校准方法，并比较两种校准方法。 2．1 校准方法共有两种校准方法，一种是双通道交换法，另一种是三通道法。双通道交换法的原理如图1所示。实验分两次，首先，将S A 信号送入示波器1通道，将S B 信号送入示波器2通道，两个通道的时延值分别为L 1和L 2，则示波器测量两个信号的时延差与实际值是有偏差的。示波器测量值为： )()(121L S L S Value B A +-+= 然后，将S A 信号送入示波器2通道，将S B 信号送入示波器1通道，两个通道的时延值分别为L 1和L 2，则示波器测量值为： )()(212L S L S Value B A +-+= 两次测量结果平均，就扣除了通道时延偏差： B A S S Value Value -=+221 两次测量结果相减，就可以计算出通道时延偏差： 212 21L L Value Value -=-

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@https://www.360docs.net/doc/526642651.html, (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－

多通道SAR误差估计与补偿方法及其实测数据验证

第31卷第6期电子与信息学报Vol.31No.6 2009年6月Journal of Electronics & Information Technology Jun. 2009 多通道SAR误差估计与补偿方法及其实测数据验证马仑廖桂生李真芳 (西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室西安 710071) 摘要：多通道SAR系统能够突破最小天线面积条件的约束，同时获得宽测绘带、高分辨率的SAR图像。相对于单通道SAR系统，多通道系统中存在更多的误差源，这将大大降低SAR图像的质量。利用一组三通道SAR实测数据作为实验对象，根据各种误差源对SAR成像处理的影响，对系统中可能存在的各种误差源进行了分类并给出相应补偿方法。实测数据的处理结果验证了以上方法的有效性。关键词：合成孔径雷达；多普勒模糊；分布式小卫星；波束形成中图分类号：TN958 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2009)06-1305-05 An Approach for Multi-channel SAR Array Error Compensation and Its Verification by Measured Data Ma Lun Liao Gui-sheng Li Zhen-fang (National lab of Radar Signal Processing, Xidian University, Xi’an 710071, China) Abstract: Multi-channel SAR system can avoid the minimum antenna area constraint, thus achieving wide swath and high resolution SAR image. There are more deleterious factors in multi-channel SAR system compared with single-channel SAR system, which may degrade the quality of SAR image greatly. In this paper, all the deleterious factors in the system are analyzed and classified according to their impact on the SAR imaging processing, and approaches of array error estimation and its compensation are presented, respectively. The validity of the proposed method is verified by experimental results of measured Tri-channel SAR data. Key words: Synthetic Aperture Radar (SAR); Doppler aliasing; Distributed small satellites; Beamforming 1引言未来的合成孔径雷达(SAR)要求对大面积区域进行高分辨率实时监视，这对SAR系统提出了更高的要求。传统SAR(特别是星载SAR)系统受到最小天线面积条件的限制，无法同时获得宽测绘带、高分辨率的SAR图像。为了获得宽测绘带而不产生距离模糊，雷达脉冲重复频率不能太高；而为了不产生多普勒模糊，天线的方位波束必须较窄，即天线的方位孔径不能太短，这就限制了方位分辨率的提高。针对上述矛盾，国内外很多文献提出了各种折衷的办法[1,2]，但这些方法仍然无法突破最小天线条件的限制。将一个传统大天线分割成若干个小孔径子阵进行发射和接收，再对接收的回波数据进行相干联合处理，是解决此矛盾的一种可行途径[3]。即小孔径天线可以覆盖足够宽的观测带和实现高方位分辨率，而联合多个小孔径天线接收的回波信号可以解决距离/多普勒模糊(多个接收天线接收数据相当于增加了空间采样位置)，可以同时获得大测绘带和高分辨率的SAR 图像。特别是近年来国内外广泛研究的分布式小卫星SAR 体制[3,4]，即将小孔径天线分别放置在编队飞行的小卫星平台 2008-04-28收到，2008-09-29改回国家自然科学基金(60502045)资助课题上，是一种非常有前景的实现系统。关于解决多通道SAR系统的小孔径天线接收模糊问题，是当前研究的一个重点方向。国内外文献提出了各种抑制多普勒模糊的方法[46]?。理想条件下，以上方法都能够较好地恢复出无模糊的地面场景信息。但在实际系统中不可避免地存在多种误差源，包括定时误差、波束指向误差、频率同步误差、基线误差、通道误差和偏航(导致各个子孔径天线非沿航向直线排列)等，这些误差严重制约着上述方法的性能。由于多通道SAR实测数据的匮乏，在以往文献中对这些误差的综合考虑较少。这些误差源对多通道SAR成像处理会产生不同的影响。本文将根据误差源导致的不同影响，对它们进行分析和分类，进而联合估计并补偿。我们与某研究所合作，录取了一批三通道SAR的实测数据。本文以这批实测数据作为实验对象，验证以上误差估计和补偿的方法。 2 多通道SAR的信号模型及多普勒模糊定义多通道SAR系统的坐标系：X轴为雷达速度方向(平行于地面)，Z轴垂直于地面向上，Y轴垂直于X轴与Z 轴所确定的平面，构成右手直角坐标系。本实验中的机载SAR系统以条带模式录取数据，正侧视观测；采用波导缝隙天线，共有3个子阵，各子阵天线沿航向均匀放置，相邻子

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@https://www.360docs.net/doc/526642651.html, 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，

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。

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

相位误差分析

1. 什么是相位误差相位误差是手机发射信号经过解调后的相位和理想相位之间的差别。一般相位误差和频率误差对我们的测量仪表来说，是同时测量得到的。详细测量方法、条件和测量计算步骤请参考ETSI ts15101001 13.1 这一章节。 2. 测量的目的和理论相位误差是一项基本的衡量GSM调制精度的指标，揭示了发射机调制器的性能。相位误差有问题，一般表明I/Q基带产生器，滤波器和发射机电路里面有问题。功率放大器的一些问题也能够导致很高的相位误差。在实际的通信系统中，不好的相位误差能够导致接收机无法正常解调, 信号的相位上面携带着有用信息,如果相位被打乱了,接收机解调出来的信息肯定会出现问题。根据3GPP的规定,相位误差( Phase Error)的峰值不能超过20度,RMS不能超过5度。在网络信号不好的时候，这种表现更加严重，影响到了信号的覆盖范围。这一点大家可以理解：GSM本身是一个调相系统；信号的相位上面携带着有用信息。如果相位被打乱了，接收机解调出来的信息肯定会出现问题的。下面的图片详细讨论相位误差的理论：以上图片显示了仪表如何计算相位误差的。 1. 接收机对发射机的输出进行下变频后，然后开始采样。这样做的目的是为了捕捉到实际的相位轨迹。 2. 接着接收机解调和计算出理想的相位轨迹。 3. 将实际的相位轨迹和理想的相位轨迹相减，就得到了误差信号。 4. 误差信号的倾斜度就是频率误差（相位除以时间）。 5. 误差信号的波动定义为相位错误。一般的说法是均方根(RMS)和峰值。以下图片标注出了手机的测量标准要求。详细的标准请参考ETSI TS15101001 13.1这一章节。