一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法

摘要

本发明公开了一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，涉及通信领域，通过控制发射时序多次发射参考通道校准信号，获取多个观测样本，并采用Lasso优化的方式拟合出参考通道的变化规律，从而推导出在待校准通道发射时参考通道的相位值，最终计算出校准值。本发明可以减少接收回路硬件通道数来同时得到两个通道的相位，且不存在两个校准接收回路之间的相位差，不需要额外增加校准流程；可靠性高，校准时只会存在单个信号，对于接收回路来说信噪比是可控的，并且使用LASSO优化加入惩罚项，对于不蕴含有用信息的特征进行减小权重的操作，能够有效避免过拟合。

权利要求

1.一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对发射时序进行控制，向参考通道发送校准信号并向待校准通道发送待校准信号；

S2、采用Lasso优化方法拟合参考通道信号的变化规律，具体包括：S21、提取参考通道接收到的相位并构建线性方程，参考通道的相位表示为：所构建的线性方程表示为：

其中， 为第 次发射的参考信号的相位， 为方程斜率，为方程截距，pi为圆周率,  是校准接收信号的频率, 是校准信号之间的间隔, 是参考通道链路时延导致的相位S22、对所构建的线性方程构建带正则项的损失函数，完成对参考通道的信号变化规律的拟合，构建的带正则项的损失函数表示为;其中，为正则项权重函数， 为第 次发射信号的相位的实测值；

S3、根据步骤S2拟合出的参考通道信号的变化规律计算参考通道的相位值，以参考通道的相位值为基础计算待校准通道的相位值，完成多通道发射校准。

2.根据权利要求1所述的一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，其特征在于，所述S1具体包含如下步骤：S11、按照等间隔的顺序向参考通道中发射校准信号，并在接收回路接收具有链路时延相位的校准信号；

S12、以S11相同的时间间隔依次发射其它待校准通道的信号，并在接收回路接收具有链路时延相位的待校准信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，其特征在于，所述S11中具有链路时延相位的校准信号表示为：其中， 是参考通道校准接收信号， 是校准接收信号的频率， 是参考通道链路时延导致的相位，pi为圆周率, 是校准信号之间的间隔。

4.根据权利要求2所述的一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，其特征在于，所述S12中具有链路时延相位的待校准信号表示为：其中， 是待校准通道接收信号， 是待校准通道时延导致的相位,  是校准接收信号的频率, pi为圆周率, 是校准信号之间的间隔，是第 个通道校准且 ≠0，是参考通道发射信号次数。

5.根据权利要求1所述的一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，其特征在于，所述S3具体包括如下步骤：S31、根据步骤S2的拟合结果计算 时刻参考通道的相位值，表示为：其中， 第i个参考通道 时刻的相位值,  为方程斜率， 为方程截距 , 是校准信号之间的间隔；

S32、根据所计算的 时刻参考通道的相位值对待校准信号进行相位校准，表示为：

其中 是第 个通道的校准值， 是在时间 测试所得第 个通道的相位。

说明书

一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法。

背景技术

[0002] 有源相控阵雷达具有波束指向精度高，变化速度快，定向增益高等优点，被广泛应用于实际工程领域。有源相控阵雷达各个天线单元中均含有源电路，包括滤波器、放大器、数模转换等，但因为器件安装位置、走线长度等因素影响，各单元通道的相位存在不一致性。相位不一致性会影响波束指向精度和定向增益，需要构建发射校准回路对相位一致性进行测试。特别是超外差数模异频架构接收机，由于数字信号和模拟信号的时钟源不同，发射校准信号的相位与接收校准信号的相位引入了不可控因素。

[0003] 现有的相位一致性测试方法不是会增加硬件成本就是测试结果鲁棒性差。因此研究数模异频发射校准技术，提高有源相控阵雷达各通道的相位一致性，从而提高波束指向精度、定向增益等系统指标具有重要的意义。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法。

[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，包括如下步骤：

[0007] S1、对发射时序进行控制，向参考通道发送校准信号并向待校准通道发送待校准信号；

[0008] S2、采用Lasso优化方法拟合参考通道信号的变化规律；

[0009] S3、根据步骤S2拟合出的参考通道信号的变化规律计算参考通道的相位值，以参考通道的相位值为基础计算待校准通道的相位值，完成多通道发射校准。

[0010] 进一步的，所述S1具体包含如下步骤：

[0011] S11、按照等间隔的顺序向参考通道中发射校准信号，并在接收回路接收具有链路时延相位的校准信号；

[0012] S12、以S11相同的时间间隔依次发射其它待校准通道的信号，并在接收回路接收具有链路时延相位的待校准信号。

[0013] 进一步的，所述S11中具有链路时延相位的校准信号表示为：

[0014]

[0015] 其中， 是参考通道校准接收信号， 是校准接收信号的频率， 是参考通道链路时延导致的相位，pi为圆周率, 是校准信号之间的间隔。

[0016] 进一步的，所述S12中具有链路时延相位的待校准信号表示为：

[0017]

[0018] 其中， 是待校准通道接收信号， 是待校准通道时延导致的相位, 是校准接收信号的频率, pi为圆周率, 是校准信号之间的间隔。

[0019] 进一步的，所述S2具体包括：

[0020] S21、提取参考通道接收到的相位并构建线性方程；

[0021] S22、对所构建的线性方程构建带正则项的损失函数，完成对参考通道的信号变化规律的拟合。

[0022] 进一步的，所述S21中参考通道的相位表示为：

[0023]

[0024] 所构建的线性方程表示为：

[0025]

[0026] 其中， 为第 次发射的参考信号的相位， 为方程斜率， 为方程截距，pi为圆周率,  是校准接收信号的频率, 是校准信号之间的间隔,  是参考通道链路时延导致的相位。

[0027] 进一步的，所述S22中所构建的带正则项的损失函数表示为;

[0028]

[0029] 其中， 为正则项权重函数， 为第 次发射信号的相位的实测值。

[0030] 进一步的，所述S3具体包括如下步骤：

[0031] S31、根据步骤S2的拟合结果计算 时刻参考通道的相位值，表示为：

[0032]

[0033] 其中， 第i个参考通道 时刻的相位值,  为方程斜率，为方程截距 , 是校准信号之间的间隔；

[0034] S32、根据所计算的 时刻参考通道的相位值对待校准信号进行相位校准，表示为：

[0035]

[0036] 其中 是第 个通道的校准值， 是在时间 测试所得第 个通道的相位。

[0037] 本发明具有以下有益效果：

[0038] 通过本发明提出的一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，能够有效降低相控阵天线各单元通道的相位差异，提高了相控阵天线的基本性能，如：波束指向精度、定向增益等。

[0039] 通过本发明提出的基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，可以减少接收回路硬件通道数来同时得到两个通道的相位，简化了相控阵天线的硬件设计，且不存在两个校准接收回路之间的相位差，不需要额外增加校准流程。

[0040] 通过本发明提出的基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，接收回路接收到得信噪比是可控的，减弱了信号合成信噪比对校准精度的影响，使校准数据更加真实准确。

[0041] 通过本发明提出的基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，在采样值拟合时加入惩罚项，对于不蕴含有用信息的特征进行减小权重的操作，能够有效避免过拟合。

附图说明

[0042] 图1为本发明基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法流程示意图。

[0043] 图2为本发明实施例硬件架构示意图。

具体实施方式

[0044] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

[0045] 一种基于Lasso优化的数模异频多通道发射校准方法，如图1所示，包括如下步骤：

[0046] S1、对发射时序进行控制，向参考通道发送校准信号并向待校准通道发送待校准信号；

[0047] 本实施例里构建如图2所示的有源相控阵异频多通道结构，首先数字部分的发射控制模块控制DA按照顺序发出校准信号，然后在模拟部分进行上变频，所有发射信号通过耦合回路耦合回同一校准接收回路，在校准接收回路下变频滤波之后进行数据采集样本点，具体的过程如下：

[0048] S11、按照等间隔得的顺序向参考通道中发射校准信号，并在接收回路接收具有链路时延相位的校准信号，其数学模型如下

[0049]

[0050] 其中 是参考通道校准信号， 是第 次校准， 是校准信号之间的间隔（是1/ 整数倍周期）， 是发射校准信号频率，pi为圆周率。

[0051] S12、以S11相同的时间间隔依次发射其它待校准通道的信号，并在接收回路接收具有链路时延相位的待校准信号，其数学模型如下

[0052]

[0053] 其中 是待校准通道信号，是第 个通道校准( ≠0)， 是参考通道发射信号次数。

[0054] 在接收回路接收到的信号因在数字部分与模拟部分使用的参考源不一样，存在着频率偏差，所以在接收回路接收到的参考通道信号表示如下

[0055]

[0056] 其中 是参考通道校准接收信号， 是校准接收信号的频率， 是参考通道链路时延导致的相位。

[0057] 其他待校准通道的信号表示如下

[0058]

[0059] 其中 是待校准通道接收信号， 是待校准通道时延导致的相位。

[0060] S2、采用Lasso优化方法拟合参考通道信号的变化规律；

[0061] 本实施例里，包括如下步骤：

[0062] S21、提取参考通道接收到的相位并构建线性方程；

[0063] 对于参考通道接收到的相位表示如下

[0064]

[0065] 其中， 是第 次发射得到的相位,可以简化表示为

[0066]

[0067] 其中， 表示方程斜率， 表示方程截距，pi为圆周率。

[0068] S22、对所构建的线性方程构建带正则项的损失函数，完成对参考通道的信号变化规律的拟合。

[0069] 上述方程组可以直接通过最小二乘法求解，但是当某些点的线性相关性与其他点差异比较大时，上述问题变为一个不适定问题，最小二乘法解缺乏稳定性和可靠性。

[0070] 因此本发明在上述线性方程组基础上构建带正则项的损失函数如式[0071]

[0072] 式中 是正则项权重函数。调整 的值， 值越大计算结果可能被压缩，即当前值无效， 值越小计算结果更趋向于最小二乘法解。

[0073] S3、根据步骤S2拟合出的参考通道信号的变化规律计算参考通道的相位值，以参考通道的相位值为基础计算待校准通道的相位值，完成多通道发射校准。

[0074] 本实施例里，具体包括如下：

[0075] S31、根据步骤S2的拟合结果计算 时刻参考通道的相位值。

[0076] 根据Lasso拟合样本点结果可以推导出 时刻参考通道的相位值，其表示如下

[0077]

[0078] 其中， 第i个参考通道 时刻的相位值；

[0079] S32、根据所计算的 时刻参考通道的相位值对待校准信号进行相位校准，表示为：

[0080]

[0081] 其中 是第 个通道的校准值， 是在时间 测试所得第 个通道的相位。

[0082] 本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

[0083] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。