1.非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,所述多通道天线阵列为M元的均匀线阵,K个窄带远场信号入射到均匀线阵上,其特征在于,包括如下步骤:S1、重构非均匀噪声下的阵列接收信号协方差矩阵R 1 ,并进行均匀化处理之后,得到均匀噪声下的阵列接收信号协方差矩阵 S2、根据均匀噪声下的阵列接收信号协方差矩阵 对DOA进行粗估计;S3、利用均匀噪声下的阵列接收信号协方差矩阵 对幅度误差矢量α进行估计;S4、根据DOA粗估计结果,对相位误差矢量φ进行估计;S5、由幅度误差矢量和相位误差矢量得到幅相误差矩阵γ;S6、将估计出的幅相误差矩阵γ补偿到阵列接收信号的采样协方差矩阵 中,得到DOA的高精度估计结果。
2.根据权利要求1所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于:当K个窄带远场信号入射到M元的均匀线阵上的来波方向为θ=[θ 1 ,…,θ K ] T ,阵列流形为:A(g)=[a(g 1 ),…,a(g K )],g k 是均匀采样复正弦矢量a(g k )的频率,g=[g 1 ,…,g K ] T 称为频率参数,其中, g k =(sin(θ k )+1)/2∈[0,1),k=1,2,…,K时,重构后的阵列接收信号协方差矩阵的函数形式为:R 1 =B+diag(σ)其中,B=Γ(γ)A(g)diag(p)A(g) H Γ(γ) H 为无噪声阵列接收信号的协方差矩阵,Γ(·)表示对矢量取对角阵,γ=[γ 1 ,γ 2 ,…,γ M ]为幅相误差矩阵, 幅度误差矢量 相位误差矢量 α m 和φ m 分别表示第m个阵元未知的幅度误差和相位误差,p=[p 1 ,…,p K ] T 表示信号功率矢量,σ=[σ 1 ,σ 2 ,…,σ M ] T 为非均匀噪声功率矢量。
3.根据权利要求2所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于均匀噪声下的阵列接收信号协方差矩阵 通过如下步骤计算得到:S1.2.1、基于协方差拟合准则建立目标函数F1(B,σ):其中,· F 表示F范数, Y为阵列接收信号的采样数据, 为阵列接收数据的采样协方差矩阵,N为数据的采样数,R 1 -1/2 是R 1 -1 的开方根,且 和R 1 是可逆的;R 1 为重构后的阵列接收信号协方差矩阵;S1.2.2、将步骤S1.2.1所得的目标函数转化为半定规划问题:约束条件B≥0和 其中,B为无噪声阵列接收信号的协方差矩阵,σ为非均匀噪声功率矢量;S1.2.3、对半定规划问题进行凸松弛,转换为凸优化问题:约束条件 和 其中,Z为凸松弛中间变量,满足条件 S1.2.4、对步骤S1.2.3的凸优化问题进行求解,得到无噪声阵列接收信号的协方差矩阵B和非均匀噪声功率矢量估计值σ,对σ中元素取平均得到均匀噪声功率矢量估计值 S1.2.5、由无噪声阵列接收信号的协方差矩阵B和均匀噪声功率矢量估计值 重构阵列接收数据的协方差矩阵,得到均匀噪声下的阵列接收数据协方差矩阵
4.根据权利要求3所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于所述均匀噪声下的阵列接收数据协方差矩阵 的计算公式如下:
5.根据权利要求1所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于步骤S2的具体方法为:S2.1、基于均匀噪声下的阵列接收数据协方差矩阵 建立新的目标函数F2(u,δ):其中,R 2 =T(u)+diag(δ),T(u)=A(g 0 )diag(p 0 )A H (g 0 )是一个Hermitian Toeplitz矩阵,T(u)为无噪声Toeplitz协方差矩阵粗估计值,u为T(u)首行元素矢量粗估计值,δ为均匀噪声功率矢量,g 0 为粗估计频率参数,p 0 为粗估计信号功率矢量;S2.2、将步骤S2.1的目标函数转化为如下半定规划问题:约束条件T(u)≥0和 其中,Θ为凸松弛中间变量;S2.3、对步骤S2.2得到的半定规划问题,通过凸优化进行求解,得到Toeplitz矩阵首行元素矢量估计值u和均匀噪声功率矢量估计值δ,对u进行Toeplitz展开,得到T(u)=Toeplitz(u);S2.4、对T(u)进行特征分解,得到特征向量和特征值,其中较大的K个特征值即为粗估计频率参数g 0 的K个元素,由第k个粗估计频率参数g 0k ,k=1,2,…,K,求得对应的粗估计来波方向θ 0k 。
6.根据权利要求5所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于粗估计来波方向θ 0k 为:θ 0k =arcsin(2g 0k -1)。
7.根据权利要求1所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于利用重构的协方差矩阵对角元素对幅度误差矢量α的元素估计:其中, 表示均匀噪声下的阵列接收数据协方差矩阵 的对角元素, 为均匀噪声功率矢量估计值 中的元素,均匀噪声功率矢量估计值 中的所有元素相等。
8.根据权利要求1所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于相位误差矢量φ的估计为:φ=angle(w)其中,angle(·)表示求复数的相位,U为噪声子空间,通过对均匀噪声下的阵列接收数据协方差矩阵 进行特征分解得到。
9.根据权利要求1所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于步骤S5的具体方法为:S5.1、将估计出的幅相误差补偿阵列接收数据的采样协方差矩阵 建立目标函数F3(v,ξ):其中,R 3 =T(v)+diag(ξ),T(v)=A(g)diag(p)A H (g)是一个Hermitian Toeplitz矩阵,T(v)为无噪声Toeplitz协方差矩阵精估计值,v为无噪声Toeplitz协方差矩阵精估计值的首行元素矢量,ξ为非均匀噪声功率矢量,Γ(γ)表示对γ取对角阵;S5.2、获得最小化目标函数式:约束条件 其中,Ω为中间变量, S5.3、对最小化目标函数式进行凸优化求解,得到无噪声Toeplitz协方差矩阵精估计值的首行元素矢量v和非均匀噪声功率矢量估计值ξ;S5.4、计算T(v)=Toeplitz(v);S5.5、对T(v)进行特征分解,得到特征向量和特征值,其中,较大的K个特征值即为频率参数估计值g的K个元素,由第k个频率参数g k ,k=1,2,…,K,求得对应的精估计来波方向θ k 。
10.根据权利要求9所述的非均匀噪声下多通道天线阵列幅相误差和DOA联合估计方法,其特征在于所述粗估计来波方向θ k 为:θ k =arcsin(2g k -1)。