一種外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正方法及系統(tǒng)，將陣列天線(xiàn)經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)時(shí)域相關(guān)運(yùn)算分離出每次旋轉(zhuǎn)的最強(qiáng)徑信號(hào)，利用高信噪比的最強(qiáng)徑信號(hào)估計(jì)通道幅度失配系數(shù)，實(shí)現(xiàn)幅度校正；利用已經(jīng)過(guò)幅度校正的最強(qiáng)徑信號(hào)和陣列天線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的角度信息估計(jì)通道相位失配系數(shù)，實(shí)現(xiàn)相位校正。本發(fā)明完全不需要任何輔助信號(hào)源，是一種真正的無(wú)源通道校正技術(shù)方案，其優(yōu)勢(shì)在于：不存在有源通道校正方法面臨的回波干擾，多徑效應(yīng)等棘手問(wèn)題；利用了每次陣列旋轉(zhuǎn)的最強(qiáng)徑信號(hào)，具有良好的精度和穩(wěn)健性，操作簡(jiǎn)單；大大改善了雷達(dá)的應(yīng)用靈活性；在提高探測(cè)性能的同時(shí)，大幅降低了雷達(dá)的研制成本和維護(hù)費(fèi)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陣列校正【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通 道校正方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，利用廣播、電視、衛(wèi)星等民用照射源的外輻射源雷達(dá)探測(cè)技術(shù)越來(lái)越受到 大家的重視。外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)本身不需要發(fā)射信號(hào)，直接利用環(huán)境中已有的或者目標(biāo)本 身發(fā)射的電磁波信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)與定位，因此具有抗干擾、抗反輻射導(dǎo)彈、抗低空突防和 反隱身的綜合"四抗"潛力。外輻射源雷達(dá)的若干關(guān)鍵技術(shù)一直是雷達(dá)界的研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi) 外學(xué)者的研究主要集中在：多徑雜波抑制、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤、成像和優(yōu)化布站等方面，然 而很少有關(guān)于外輻射源雷達(dá)陣列校正問(wèn)題的報(bào)道。
[0003] 現(xiàn)有的陣列通道校正方法可以分為有源和無(wú)源兩類(lèi)。在有源校正方法中又包括遠(yuǎn) 場(chǎng)校正和近場(chǎng)校正，其中遠(yuǎn)場(chǎng)校正將輔助信號(hào)源置于天線(xiàn)前方足夠遠(yuǎn)的開(kāi)闊場(chǎng)地發(fā)射校正 信號(hào)，再測(cè)量各接收通道的輸出，扣除陣列空間位置引起的相位差，得到陣列誤差信息，該 校正方法輔助信號(hào)源的放置和維護(hù)是一件麻煩的事，且難以做到實(shí)時(shí)校正，此外，當(dāng)輔助信 號(hào)源方位信息出現(xiàn)偏差會(huì)給校正帶來(lái)系統(tǒng)誤差。相比之下，近場(chǎng)校正將輔助信號(hào)源置于天 線(xiàn)陣附近，使得輔助信號(hào)源的放置和維護(hù)相對(duì)容易，且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)校正，但是陣列天線(xiàn)近 場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜，校正信號(hào)回波不是理論上的球面波，使得應(yīng)扣除的空間相位差不能根據(jù) 簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系計(jì)算，導(dǎo)致該方法的測(cè)量精度較低。
[0004] 在無(wú)源校正方法中，無(wú)需方位準(zhǔn)確已知的輔助信號(hào)源，直接利用接收的實(shí)測(cè) 數(shù)據(jù)和一些先驗(yàn)信息（如陣列旋轉(zhuǎn)的角度）估計(jì)信道失配系數(shù)，然后繼續(xù)補(bǔ)償校正， 目前國(guó)內(nèi)外提出了多種有效的方法，如Wylie Μ P，Roy S，Messer Η的文獻(xiàn)Joint D0A estimation and phase calibration of linear equispaced(LES)arrays [J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 1994, 42 (12) :3449_3459,提出利用均勻線(xiàn)陣接 收信號(hào)協(xié)方差矩陣的Toeplitz特性求解陣列誤差，但解存在模糊，必須添加相應(yīng)的限 制條件；Weiss A J, Friedlander B.的文獻(xiàn) Eigenstructure methods for direction finding with sensor gain and phase uncertainties[J]. Circuits Systems Signal Process, 1990,9(3) :271-300,提出利用噪聲子空間與信號(hào)子空間的正交性，構(gòu)造代價(jià)函 數(shù)，通過(guò)迭代運(yùn)算求得校正信號(hào)源方位和陣列誤差，但對(duì)于均勻線(xiàn)陣，該方法的解也存在模 糊；Rockah Y，Messer H，Schultheiss P M.的文獻(xiàn)，提出利用多個(gè)在時(shí)間或頻譜上不重疊 的未知方位回波信號(hào)，通過(guò)最大似然估計(jì)陣列誤差，但要求陣列為非直線(xiàn)陣。由于均勻線(xiàn)陣 導(dǎo)向矢量的范德蒙特性，因此以上無(wú)源校正方法應(yīng)用于因結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理簡(jiǎn)單而被廣泛使 用于外輻射源雷達(dá)的均勻線(xiàn)陣中會(huì)存在解模糊而無(wú)法有效的校正。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是利用外輻射源雷達(dá)接收的強(qiáng)多徑回波，提供一種利用陣列旋轉(zhuǎn)的 無(wú)源通道校正技術(shù)方案，以減少通道幅相失配，提高雷達(dá)系統(tǒng)性能。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為一種外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正方法，包括以下 步驟：
[0007] 步驟1，將陣列天線(xiàn)經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上的旋轉(zhuǎn)，設(shè)陣列旋轉(zhuǎn)次數(shù)為R，通 過(guò)時(shí)域相關(guān)運(yùn)算分離出每次旋轉(zhuǎn)的最強(qiáng)徑信號(hào)W⑷，得到取均值后的最強(qiáng)徑信號(hào) Χ=^?.ν:⑷，f =1，2,…，μ Μ為陣列天線(xiàn)的陣元個(gè)數(shù)，r = 0, 1，2···，R-l，OFDM符號(hào)序號(hào) ly h=\ M y b = 1，2,…，N，N為最強(qiáng)徑信號(hào)樣本數(shù)；
[0008] 步驟2,利用步驟1獲取的最強(qiáng)徑信號(hào)估計(jì)通道幅度失配系數(shù)如下，
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，將陣列天線(xiàn)經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上的旋轉(zhuǎn)，設(shè)陣列旋轉(zhuǎn)次數(shù)為R，通過(guò)時(shí)域相關(guān) 運(yùn)算分離出每次旋轉(zhuǎn)的最強(qiáng)徑信號(hào)得到取均值后的最強(qiáng)徑信號(hào)i= 1，2,…，M，M為陣列天線(xiàn)的陣元個(gè)數(shù)，r= 0, 1，2…，R-1，0FDM符號(hào)序號(hào)b= 1，2,…，N，N為 最強(qiáng)徑信號(hào)樣本數(shù)； 步驟2,利用步驟1獲取的最強(qiáng)徑信號(hào)估計(jì)通道幅度失配系數(shù)如下，
根據(jù)所得通道幅度失配系數(shù)估計(jì)值實(shí)現(xiàn)幅度校正，其中免為陣元i的通道幅度失配 系數(shù)估計(jì)值，X為陣元1相應(yīng)取均值后的最強(qiáng)徑信號(hào)； 步驟3,相位校正，包括以下子步驟， 步驟3.1，首先對(duì)最強(qiáng)徑信號(hào)進(jìn)行幅度校正并歸一化處理，得到 =(>';/瓦)/>';'?步驟3.2，利用已經(jīng)過(guò)幅度校正并歸一化處 理的最強(qiáng)徑信號(hào)廠通過(guò)最大似然算法估計(jì)出最強(qiáng)徑信號(hào)的來(lái)波方向 4 =mjnj) -j(的[，矽 1Jh(的=m嚴(yán)tr(P躺妙H);其中
9為最強(qiáng)徑信號(hào)的到達(dá)角，t為陣列天線(xiàn)第r次旋轉(zhuǎn)的角度，diag[a]為向量a轉(zhuǎn)變 成的對(duì)角陣，d為陣元間距，A為信號(hào)載波波長(zhǎng)； 步驟3. 3,最后利用估計(jì)的最強(qiáng)徑信號(hào)來(lái)波方向通過(guò)最小二乘算法估計(jì)出通道相位 失配系數(shù)S= (如(叫、H (如，實(shí)現(xiàn)相位校正；其中 6 = [e'* e隊(duì)--? e^]T t為陣元i的通道相位失配系數(shù)，i為S的估計(jì)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正方法，其特征在于：步 驟1中，通過(guò)時(shí)域相關(guān)運(yùn)算分離出每次旋轉(zhuǎn)的最強(qiáng)徑信號(hào) < ⑷實(shí)現(xiàn)方式為， 利用經(jīng)信號(hào)重構(gòu)獲得的參考信號(hào)與陣元通道接收的信號(hào)Oo做時(shí)域相關(guān)運(yùn)算， AW H=U 其中，n為數(shù)字采樣點(diǎn)序號(hào)，n= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-1，m= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-I; <辦)為第！次旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)陣列中第i個(gè)天線(xiàn)接收符號(hào)b的回波信號(hào)； ?為陣列天線(xiàn)第r次旋轉(zhuǎn)時(shí)符號(hào)b的參考信號(hào)做m個(gè)單位延時(shí)并取共軛后的 信號(hào)； 尤和)為第r次旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)陣列中的第i個(gè)天線(xiàn)接收符號(hào)b回波的多徑信號(hào)； 然后取最大值為最強(qiáng)徑信號(hào)。
3. -種外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊： 最強(qiáng)徑信號(hào)提取模塊，用于將陣列天線(xiàn)經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上的旋轉(zhuǎn)，設(shè)陣列旋轉(zhuǎn)次數(shù) 為R，通過(guò)時(shí)域相關(guān)運(yùn)算分離出每次旋轉(zhuǎn)的最強(qiáng)徑信號(hào)X(/>)，得到取均值后的最強(qiáng)徑信號(hào) 〈⑷，i= 1，2,…，M，M為陣列天線(xiàn)的陣元個(gè)數(shù)，r= 0, 1，2…，R-1，0FDM符號(hào)序號(hào) t=i b=1，2,…，N，N為最強(qiáng)徑信號(hào)樣本數(shù)； 通道幅度失配系數(shù)提取模塊，用于利用最強(qiáng)徑信號(hào)估計(jì)通道幅度失配系數(shù)如下，
根據(jù)所得通道幅度失配系數(shù)估計(jì)值實(shí)現(xiàn)幅度校正，其中為陣元i的通道幅度失配 系數(shù)估計(jì)值，X為陣元1相應(yīng)取均值后的最強(qiáng)徑信號(hào)； 相位校正模塊，包括以下子步驟， 第一校正子模塊，用于對(duì)最強(qiáng)徑信號(hào)進(jìn)行幅度校正并歸一化處理，得到J.;. = ()，;./免 來(lái)波方向估計(jì)模塊，用于利用已經(jīng)過(guò)幅度校正并歸一化處理 的最強(qiáng)徑信號(hào)F通過(guò)最大似然算法估計(jì)出最強(qiáng)徑信號(hào)的來(lái)波方向

e為最強(qiáng)徑信號(hào)的到達(dá)角，t為陣列天線(xiàn)第r次旋轉(zhuǎn)的角度，diag[a]為向量a轉(zhuǎn)變 成的對(duì)角陣，d為陣元間距，A為信號(hào)載波波長(zhǎng)； 第二校正子模塊，用于利用估計(jì)的最強(qiáng)徑信號(hào)來(lái)波方向 < 通過(guò)最小二乘算法估計(jì)出 通道相位失配系數(shù)纟=^h⑷f(wàn)，(如，實(shí)現(xiàn)相位校正；其中
叭為陣元i的通道相位失配系數(shù)，J為S的估計(jì)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述外輻射源雷達(dá)旋轉(zhuǎn)陣列的無(wú)源通道校正系統(tǒng)，其特征在于：最 強(qiáng)徑信號(hào)提取模塊中，通過(guò)時(shí)域相關(guān)運(yùn)算分離出每次旋轉(zhuǎn)的最強(qiáng)徑信號(hào)W⑷實(shí)現(xiàn)方式為， 利用經(jīng)信號(hào)重構(gòu)獲得的參考信號(hào)與陣元通道接收的信號(hào)O)做時(shí)域相關(guān)運(yùn)算， 尤.(〃，)=(?kv(，卜㈨ H=O 其中，n為數(shù)字采樣點(diǎn)序號(hào)，n= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-1，m= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-I; 4(?)為第！次旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)陣列中第i個(gè)天線(xiàn)接收符號(hào)b的回波信號(hào)； </(?_〃〇為陣列天線(xiàn)第r次旋轉(zhuǎn)時(shí)符號(hào)b的參考信號(hào)做m個(gè)單位延時(shí)并取共軛后的 信號(hào)；尤("〇為第r次旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)陣列中的第i個(gè)天線(xiàn)接收符號(hào)b回波的多徑信號(hào)； 然后取最大值為最強(qiáng)徑信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK104267386SQ201410553924
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】萬(wàn)顯榮, 方高, 方亮, 程豐 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)