專利名稱：一種寬帶稀布陣?yán)走_(dá)通道近場延時校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶稀布陣?yán)走_(dá)通道近場延時校準(zhǔn)方法。尤其涉及通過在近場條件下對寬帶稀布陣?yán)走_(dá)各通道間的延時差進(jìn)行測量，實現(xiàn)對通道內(nèi)部延時差和相位差進(jìn)行校準(zhǔn)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
大型寬帶稀布天線單元陣列雷達(dá)由于具有極強(qiáng)的角分辨力和距離分辨力，已成為警戒搜索雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展方向。為了提高角分辨能力和作用距離，陣列天線的陣元數(shù)不斷增加；提高距離分辨力的直接結(jié)果，使雷達(dá)采用了瞬時帶寬更大的寬帶信號。而獲得雷達(dá)探測的高分辨力能力的前提是雷達(dá)對應(yīng)天線單元多通道間的一致性性能，因此必須通過校準(zhǔn)技術(shù)對雷達(dá)通道進(jìn)行校準(zhǔn)，才能獲得預(yù)期的雷達(dá)信號處理效果。大型寬帶稀布陣列雷達(dá)中由于各單元器件的不一致性導(dǎo)致天線單元、模擬及數(shù)字通道存在內(nèi)部延時差和相位差；天線單元的稀布，使到達(dá)各個數(shù)字通道的時統(tǒng)信號存在一定延時差，導(dǎo)致數(shù)字采樣信號存在時間差。在進(jìn)行雷達(dá)信號處理之前必須對通道內(nèi)的各種延時差和相位差測量出來，并調(diào)整各個通道的延時和相位特性，實現(xiàn)對雷達(dá)單元通道的校準(zhǔn)。由于天線孔徑較大，遠(yuǎn)場校準(zhǔn)方法雖然算法實現(xiàn)簡單，但必須有足夠的距離架設(shè)信號源以滿足遠(yuǎn)場校準(zhǔn)條件。本發(fā)明克服了遠(yuǎn)場校準(zhǔn)的空間限制，增強(qiáng)了方法的實用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大型寬帶稀布陣?yán)走_(dá)通道近場校準(zhǔn)方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為通過在近場架設(shè)信號源輻射一定帶寬和頻率的調(diào)頻信號，稀布陣列雷達(dá)天線接收信號源輻射信號，使用待測大型稀布陣?yán)走_(dá)采集空間輻射的信號。對接收到信號采用去斜方法將調(diào)頻信號變?yōu)閱晤l信號；將各個通道的信號變換到頻域；選定一個通道作為參考通道，對各個通道的頻域信號進(jìn)行插值濾波，初步判斷各個通道頻率峰值位置和參考通道的頻率峰值位置的差值，作為通道頻率差值的初始估計值；該差值作為插值濾波器的參數(shù)，對各通道進(jìn)行插值濾波，插值濾波器的輸出是經(jīng)過頻率平移的各通道頻域信號；在通道頻率差值的初始估計值附近做局部搜索，比較插值濾波器輸出的頻域信號和參考通道的頻域信號，取最小二乘意義上的通道頻率差值估計值作為通道頻率差值，將通道頻率差值換算成通道延時差值；將各個通道采集的時域信號變換到零中頻輸入到延時濾波器，延時濾波器的參數(shù)初始估計值為上一步獲得的通道延時差值，微調(diào)各個通道的延時濾波器的參數(shù)，在延時差初始估計值附近做局部搜索，比較各個通道輸出的時域零中頻信號和參考通道的時域零中頻信號，取最小二乘意義上的通道延時差值作為通道延時差值的最終估計值；使用激光測距儀等高精度距離測量設(shè)備測量信號源到稀布陣?yán)走_(dá)各個天線單元空間距離差值，將該距離差值換算成空間延時差值，通道延時差值與該空間延時差值相減，得到各個通道內(nèi)部延時差值；用該通道內(nèi)部延時差值，調(diào)整雷達(dá)信號處理過程中延時濾波器，實現(xiàn)稀布陣列雷達(dá)各個通道的校準(zhǔn)。


圖1本發(fā)明大型稀布陣?yán)走_(dá)通道近場延時校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖。圖2頻率差值高精度估計的算法結(jié)構(gòu)圖。圖3高精度相位差值修正方法結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式大型稀布陣?yán)走_(dá)通道近場延時校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中包括信號源、輻射喇叭天線、大型稀布陣列雷達(dá)天線接收單元、校準(zhǔn)算法。通過激光測距裝置測量近場喇叭天線到各個單元的距離，并求得喇叭天線到各個天線單元的空間延時差；通過在近場架設(shè)信號源輻射一定帶寬和頻率的調(diào)頻信號，稀布陣列雷達(dá)天線接收信號源輻射信號，采集各個通道的信號，利用校準(zhǔn)算法計算通道延時差值；通道延時差值減空間延時差值，即得到大型稀布陣列雷達(dá)通道內(nèi)延時差值。設(shè)采集輸入的第η個通道的信號為
XnCmTs) =、(mTs) + NnCmTJ
=rectfmTl,~Tn) exp[)2^(111 - ΔΤ)] - exp[}Tiu(mTs — ΔΤ)2 + φη]
V^p V τρ /+ N11 (mTs)其中，Ts為采樣間隔，Tp為時寬，Δ T為第η個通道相對于參考通道的延時，
第η個通道相對于參考通道的相位差值。Nn(HiTs)為噪聲。近場輻射源到達(dá)稀布陣各個通道數(shù)字采集前端的系統(tǒng)延時差值包括兩個部分ΔΤ= Δ Tin+Δ Tdist通過使用高精度測距儀測量輻射源與稀布天線陣各個單元間的位置關(guān)系，計算空間延時Δ Tdist，得到通道內(nèi)部的延時差為ATin= AT-ATdist本方法的核心內(nèi)容是通道延時差的計算，其中包括四個步驟1)首先，使用信號處理中廣泛使用的去斜技術(shù)將調(diào)頻信號變換為單頻信號，信號頻率與通道的延時差有密切關(guān)系。構(gòu)造參考信號，設(shè)信號形式為 Sref (raTs) = rectf^ ) expQZirflIiiTs') exp[jrai(mTs)2]
\ Iref /其中，Tref為參考信號脈沖寬度，將Xn(mTs)與參考信號Sref(HiTs)共軛相乘，即做差頻處理XorCmTs) = X(mi;)S;ef(m1；) = Sor(m1；) + ΝΟΓ(πι1；)易證明，N。r(mTs) = N(mTs)S;(mTs)是均值為ο，方差為Νσ§的高斯白噪
聲。信號部分可以簡化為
權(quán)利要求
1.一種寬帶稀布陣?yán)走_(dá)通道近場延時校準(zhǔn)方法，該方法的步驟為首先，在近場環(huán)境架設(shè)一個信號源輻射一定頻率和帶寬的調(diào)頻信號，采集各個通道接收到的信號；使用去斜技術(shù)將通道信號變換到頻域；在頻域使用頻率差值高精度估計方法獲得通道信號頻率差值的高精度估計，進(jìn)而得到通道信號的延時估計初始值；使用時域延時高精度估計方法對通道的相位差值進(jìn)行修正，獲得通道的延時校準(zhǔn)值；用該校準(zhǔn)值對稀布陣?yán)走_(dá)信號處理單元的延時濾波器進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的頻率差值高精度估計方法在頻域?qū)νǖ佬盘栴l率差值進(jìn)行初步估計，作為通道頻率差值的初始估計值。該差值作為插值濾波器的參數(shù)，對各通道進(jìn)行插值濾波；在通道頻率差值的初始估計值附近做局部搜索，比較插值濾波器輸出的頻域信號和參考通道的頻域信號，取最小二乘意義上的通道頻率差值估計值作為通道頻率差值，將通道頻率差值換算成通道延時差值。
3.如權(quán)利要求1所述的高精度相位差值修正方法將各個通道采集的時域信號變換到零中頻輸入到延時濾波器，延時濾波器的參數(shù)初始估計值為上一步獲得的通道延時差值，微調(diào)各個通道的延時濾波器的參數(shù)，在延時差初始估計值附近做局部搜索，比較各個通道輸出的時域零中頻信號和參考通道的時域零中頻信號，取最小二乘意義上的通道延時差值作為通道延時差值的最終估計值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬帶稀布天線單元陣?yán)走_(dá)多通道近場延時校準(zhǔn)方法，其中包括在近場環(huán)境架設(shè)一個信號源輻射一定頻率和帶寬的調(diào)頻信號，使用待校準(zhǔn)大型稀布陣天線接收信號源輻射的信號，采集各個通道接收到的信號；使用去斜技術(shù)將通道信號變換到頻域；在頻域使用頻率差值高精度估計方法獲得通道信號頻率差值的高精度估計，進(jìn)而得到通道信號的延時估計初始值；使用時域延時高精度估計方法對通道的相位差值進(jìn)行修正，獲得通道的延時校準(zhǔn)值；用該校準(zhǔn)值對稀布陣?yán)走_(dá)信號處理單元的延時濾波器進(jìn)行校準(zhǔn)。
文檔編號G01S7/40GK102565764SQ20111038322
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者徐超 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所