一种基于旋转测量的阵列幅相误差校正新方法
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第 39 卷第 8 期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.39No.8
2017 年 8 月 Journal of Electronics & Information Technology Aug. 2017
一种基于旋转测量的阵列幅相误差校正新方法
程 丰
*①②
龚子平
②
张 驰
②
万显荣
②
①
(电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室 洛阳 471003)
②
(武汉大学电子信息学院 武汉 430072)
摘 要：校正源信号方向角不容易精确测量，限制了阵列有源校正方法的精度。另一方面，无源校正方法难以应用
于存在大阵列误差的场合，其实际应用也受到严重限制。该文提出一种基于旋转测量的阵列幅相误差校正新方法，
无需测量校正源信号方向角就能获得较高的校正精度。该方法利用已知的阵列旋转角度，基于最大似然准则获得阵
列幅相误差、校正源信号方向角及其复振幅的无模糊估计。相对于校正源信号方向角，阵列旋转角度通过专用测试
转台更容易精确测量，因此该方法能以较小的代价获得很高的校正精度。仿真实验验证了该方法的有效性和通用性。
关键词：阵列校正；幅相误差；校正精度；旋转测量；测试转台
中图分类号： TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2017)08-1899-07
DOI: 10.11999/JEIT161058
A New Rotation Measurement-based Method for Array
Gain-phase Errors Calibration
CHENG Feng
①②
GONG Ziping
②
ZHANG Chi
②
WAN Xianrong
②
①
(The State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System,
Luoyang 471003, China)
②
(School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China)
Abstract: It is not easy to accurately measure the direction angles of calibration-source signals, which limits the
precision of array active-calibration methods. On the other hand, passive-calibration methods are difficult to apply
to the presence of large array errors, which severely limits their practical applications. This paper proposes a
rotation measurement-based method to calibrate array gain-phase errors, which can achieve high calibration
precision without measuring the direction angles of calibration-source signals. Using the known array-rotation
angles, the maximum likelihood-based method is able to simultaneously estimate the array gain-phase errors,
direction angles and complex amplitudes of calibration-source signals without ambiguity. Compared with
accurately measuring the direction angles of calibration-source signals, accurately measuring the array-rotation
angles is much easier to be accomplished with a special test turntable, thus the proposed method can achieve quite
high calibration precision at a low cost. Some simulation tests demonstrate the effectiveness and generality of the
proposed method.
Key words: Array calibration; Gain-phase errors; Calibration precision; Rotation measurement; Test turntable
1 引言
阵列信号处理
[1]
是现代信号处理的一个重要分
支，广泛应用于雷达、声呐、通信、导航、地震勘
探、射电天文和医学成像等众多领域。真实的阵列
收稿日期：2016-10-12；改回日期：2017-04-24；网络出版：2017-05-18
*通信作者：程丰 cwing@whu.edu.cn
基金项目：CEMEE 国家重点实验室主任基金(CEMEE2014
Z0101B)，国家自然科学基金(U1333106, 61331012, 61371197)，国
家重点研发计划(2016YFB0502403)
Foundation Items: The Director Foundation of The State Key
Laboratory of CEMEE (CEMEE2014Z0101B), The National
Natural Science Foundation of China (U1333106, 61331012,
61371197), The National Key R&D Plan (2016YFB0502403)
流形往往会随着气候、环境、位置以及器件本身等
因素的变化而出现一定程度的偏差或扰动(称之为
阵列误差)，此时阵列信号处理的性能会严重恶
化
[2 5]
。因此，阵列误差校正问题
[6 9]
一直是阵列信
号处理技术走向实用化的瓶颈，成为近年来的一个
研究热点。
早期的阵列校正是通过对阵列流形直接进行离
散测量、内插、存储来实现的
[6]
，但这些方法实现起
来代价较大且效果也不太理想。因此，20 世纪 90
年代以后，研究者逐渐将阵列校正转化为一个参数
估计问题。参数化阵列校正方法通常可分为有源校
正
[10 14]
和无源校正
[15 19]
两大类。有源校正是通过设
万方数据
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