專利名稱：一種寬帶稀布陣?yán)走_(dá)通道近場(chǎng)延時(shí)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(chǎng)延時(shí)校準(zhǔn)方法。尤其涉及通過(guò)在近場(chǎng)條件下對(duì)寬帶稀布陣?yán)走_(dá)各通道間的延時(shí)差進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)通道內(nèi)部延時(shí)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(shí)帶寬更大的寬帶信號(hào)。而獲得雷達(dá)探測(cè)的高分辨力能力的前提是雷達(dá)對(duì)應(yīng)天線單元多通道間的一致性性能，因此必須通過(guò)校準(zhǔn)技術(shù)對(duì)雷達(dá)通道進(jìn)行校準(zhǔn)，才能獲得預(yù)期的雷達(dá)信號(hào)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(shí)差和相位差；天線單元的稀布，使到達(dá)各個(gè)數(shù)字通道的時(shí)統(tǒng)信號(hào)存在一定延時(shí)差，導(dǎo)致數(shù)字采樣信號(hào)存在時(shí)間差。在進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)處理之前必須對(duì)通道內(nèi)的各種延時(shí)差和相位差測(cè)量出來(lái)，并調(diào)整各個(gè)通道的延時(shí)和相位特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)單元通道的校準(zhǔn)。由于天線孔徑較大，遠(yuǎn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法雖然算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但必須有足夠的距離架設(shè)信號(hào)源以滿足遠(yuǎn)場(chǎng)校準(zhǔn)條件。本發(fā)明克服了遠(yuǎn)場(chǎng)校準(zhǔn)的空間限制，增強(qiáng)了方法的實(shí)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(chǎng)校準(zhǔn)方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為通過(guò)在近場(chǎng)架設(shè)信號(hào)源輻射一定帶寬和頻率的調(diào)頻信號(hào)，稀布陣列雷達(dá)天線接收信號(hào)源輻射信號(hào)，使用待測(cè)大型稀布陣?yán)走_(dá)采集空間輻射的信號(hào)。對(duì)接收到信號(hào)采用去斜方法將調(diào)頻信號(hào)變?yōu)閱晤l信號(hào)；將各個(gè)通道的信號(hào)變換到頻域；選定一個(gè)通道作為參考通道，對(duì)各個(gè)通道的頻域信號(hào)進(jìn)行插值濾波，初步判斷各個(gè)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(jì)值；該差值作為插值濾波器的參數(shù)，對(duì)各通道進(jìn)行插值濾波，插值濾波器的輸出是經(jīng)過(guò)頻率平移的各通道頻域信號(hào)；在通道頻率差值的初始估計(jì)值附近做局部搜索，比較插值濾波器輸出的頻域信號(hào)和參考通道的頻域信號(hào)，取最小二乘意義上的通道頻率差值估計(jì)值作為通道頻率差值，將通道頻率差值換算成通道延時(shí)差值；將各個(gè)通道采集的時(shí)域信號(hào)變換到零中頻輸入到延時(shí)濾波器，延時(shí)濾波器的參數(shù)初始估計(jì)值為上一步獲得的通道延時(shí)差值，微調(diào)各個(gè)通道的延時(shí)濾波器的參數(shù)，在延時(shí)差初始估計(jì)值附近做局部搜索，比較各個(gè)通道輸出的時(shí)域零中頻信號(hào)和參考通道的時(shí)域零中頻信號(hào)，取最小二乘意義上的通道延時(shí)差值作為通道延時(shí)差值的最終估計(jì)值；使用激光測(cè)距儀等高精度距離測(cè)量設(shè)備測(cè)量信號(hào)源到稀布陣?yán)走_(dá)各個(gè)天線單元空間距離差值，將該距離差值換算成空間延時(shí)差值，通道延時(shí)差值與該空間延時(shí)差值相減，得到各個(gè)通道內(nèi)部延時(shí)差值；用該通道內(nèi)部延時(shí)差值，調(diào)整雷達(dá)信號(hào)處理過(guò)程中延時(shí)濾波器，實(shí)現(xiàn)稀布陣列雷達(dá)各個(gè)通道的校準(zhǔn)。


圖1本發(fā)明大型稀布陣?yán)走_(dá)通道近場(chǎng)延時(shí)校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖。圖2頻率差值高精度估計(jì)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(shí)施例方式大型稀布陣?yán)走_(dá)通道近場(chǎng)延時(shí)校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中包括信號(hào)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(guò)激光測(cè)距裝置測(cè)量近場(chǎng)喇叭天線到各個(gè)單元的距離，并求得喇叭天線到各個(gè)天線單元的空間延時(shí)差；通過(guò)在近場(chǎng)架設(shè)信號(hào)源輻射一定帶寬和頻率的調(diào)頻信號(hào)，稀布陣列雷達(dá)天線接收信號(hào)源輻射信號(hào)，采集各個(gè)通道的信號(hào)，利用校準(zhǔn)算法計(jì)算通道延時(shí)差值；通道延時(shí)差值減空間延時(shí)差值，即得到大型稀布陣列雷達(dá)通道內(nèi)延時(shí)差值。設(shè)采集輸入的第η個(gè)通道的信號(hào)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(shí)寬，Δ T為第η個(gè)通道相對(duì)于參考通道的延時(shí)，
第η個(gè)通道相對(duì)于參考通道的相位差值。Nn(HiTs)為噪聲。近場(chǎng)輻射源到達(dá)稀布陣各個(gè)通道數(shù)字采集前端的系統(tǒng)延時(shí)差值包括兩個(gè)部分ΔΤ= Δ Tin+Δ Tdist通過(guò)使用高精度測(cè)距儀測(cè)量輻射源與稀布天線陣各個(gè)單元間的位置關(guān)系，計(jì)算空間延時(shí)Δ Tdist，得到通道內(nèi)部的延時(shí)差為ATin= AT-ATdist本方法的核心內(nèi)容是通道延時(shí)差的計(jì)算，其中包括四個(gè)步驟1)首先，使用信號(hào)處理中廣泛使用的去斜技術(shù)將調(diào)頻信號(hào)變換為單頻信號(hào)，信號(hào)頻率與通道的延時(shí)差有密切關(guān)系。構(gòu)造參考信號(hào)，設(shè)信號(hào)形式為 Sref (raTs) = rectf^ ) expQZirflIiiTs') exp[jrai(mTs)2]
\ Iref /其中，Tref為參考信號(hào)脈沖寬度，將Xn(mTs)與參考信號(hào)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(hào)部分可以簡(jiǎn)化為
權(quán)利要求
1.一種寬帶稀布陣?yán)走_(dá)通道近場(chǎng)延時(shí)校準(zhǔn)方法，該方法的步驟為首先，在近場(chǎng)環(huán)境架設(shè)一個(gè)信號(hào)源輻射一定頻率和帶寬的調(diào)頻信號(hào)，采集各個(gè)通道接收到的信號(hào)；使用去斜技術(shù)將通道信號(hào)變換到頻域；在頻域使用頻率差值高精度估計(jì)方法獲得通道信號(hào)頻率差值的高精度估計(jì)，進(jìn)而得到通道信號(hào)的延時(shí)估計(jì)初始值；使用時(shí)域延時(shí)高精度估計(jì)方法對(duì)通道的相位差值進(jìn)行修正，獲得通道的延時(shí)校準(zhǔn)值；用該校準(zhǔn)值對(duì)稀布陣?yán)走_(dá)信號(hào)處理單元的延時(shí)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(jì)方法在頻域?qū)νǖ佬盘?hào)頻率差值進(jìn)行初步估計(jì)，作為通道頻率差值的初始估計(jì)值。該差值作為插值濾波器的參數(shù)，對(duì)各通道進(jìn)行插值濾波；在通道頻率差值的初始估計(jì)值附近做局部搜索，比較插值濾波器輸出的頻域信號(hào)和參考通道的頻域信號(hào)，取最小二乘意義上的通道頻率差值估計(jì)值作為通道頻率差值，將通道頻率差值換算成通道延時(shí)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(gè)通道采集的時(shí)域信號(hào)變換到零中頻輸入到延時(shí)濾波器，延時(shí)濾波器的參數(shù)初始估計(jì)值為上一步獲得的通道延時(shí)差值，微調(diào)各個(gè)通道的延時(shí)濾波器的參數(shù)，在延時(shí)差初始估計(jì)值附近做局部搜索，比較各個(gè)通道輸出的時(shí)域零中頻信號(hào)和參考通道的時(shí)域零中頻信號(hào)，取最小二乘意義上的通道延時(shí)差值作為通道延時(shí)差值的最終估計(jì)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(chǎng)延時(shí)校準(zhǔn)方法，其中包括在近場(chǎng)環(huán)境架設(shè)一個(gè)信號(hào)源輻射一定頻率和帶寬的調(diào)頻信號(hào)，使用待校準(zhǔn)大型稀布陣天線接收信號(hào)源輻射的信號(hào)，采集各個(gè)通道接收到的信號(hào)；使用去斜技術(shù)將通道信號(hào)變換到頻域；在頻域使用頻率差值高精度估計(jì)方法獲得通道信號(hào)頻率差值的高精度估計(jì)，進(jìn)而得到通道信號(hào)的延時(shí)估計(jì)初始值；使用時(shí)域延時(shí)高精度估計(jì)方法對(duì)通道的相位差值進(jìn)行修正，獲得通道的延時(shí)校準(zhǔn)值；用該校準(zhǔn)值對(duì)稀布陣?yán)走_(dá)信號(hào)處理單元的延時(shí)濾波器進(jìn)行校準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G01S7/40GK102565764SQ20111038322
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所