多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，包括同步誤差校準(zhǔn)裝置，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償；以及幅相誤差校準(zhǔn)裝置，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償。以及一種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法。本發(fā)明的裝置和方法對(duì)誤差校準(zhǔn)全面，一體化架構(gòu)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步校準(zhǔn)和幅相校準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和靈活性，自動(dòng)化程度高，其誤差校準(zhǔn)可貫穿于系統(tǒng)工作的整個(gè)過(guò)程，只需在系統(tǒng)控制界面中做出相應(yīng)選擇，無(wú)需任何連線和硬件更改，即可完成系統(tǒng)的校準(zhǔn)過(guò)程，操作簡(jiǎn)單、使用快捷，可以精確補(bǔ)償環(huán)境條件、器件特性對(duì)接收通道帶來(lái)的影響，有效解決大帶寬信號(hào)的接收難顆。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置及校 準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于合成孔徑雷達(dá)（SAR)可全天時(shí)、全天候?qū)Φ爻上?，并具有一定穿透植被和?裝的能力，因此被廣泛的應(yīng)用于軍事偵察、災(zāi)害監(jiān)控、資源勘察、地形測(cè)繪等領(lǐng)域，受到世界 各國(guó)越來(lái)越多的重視。隨著合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)雷達(dá) 性能的要求也越來(lái)越高，其中分辨率作為合成孔徑雷達(dá)的核心技術(shù)指標(biāo)之一，更被提升到 更高的位置。
[0003] 距離向分辨率的提高有賴(lài)于信號(hào)帶寬的提高，要實(shí)現(xiàn)高分辨率成像，必須解決大 帶寬信號(hào)的接收問(wèn)題，而帶寬達(dá)千兆赫以上的信號(hào)目前還沒(méi)有可直接進(jìn)行采樣的高速A/D 轉(zhuǎn)換器件。為了解決超寬帶（UWB)雷達(dá)信號(hào)無(wú)法直接A/D轉(zhuǎn)換這一難題，針對(duì)LFM信號(hào)， M.Skolnik等提出了基于時(shí)頻變換技術(shù)（StretchProcessing)的雷達(dá)脈沖壓縮方案。該 方案對(duì)一定條件下的LFM信號(hào)非常有效，但是也有如下問(wèn)題：（1)失真補(bǔ)償困難：由于引入 了時(shí)頻轉(zhuǎn)換這一環(huán)節(jié)，相應(yīng)的帶來(lái)了時(shí)頻轉(zhuǎn)換失真，當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)或者調(diào)頻本振觸發(fā)時(shí)刻發(fā) 生變化時(shí)，這種失真的影響隨之改變，表現(xiàn)出移變的性質(zhì)，這就給系統(tǒng)補(bǔ)償帶來(lái)了極大的難 度；（2)測(cè)繪帶寬有限：為了降低信號(hào)帶寬，去斜處理是以犧牲測(cè)繪帶寬為代價(jià)的，也就是 說(shuō)如果要求測(cè)繪帶寬較寬，去斜處理后并不能達(dá)到降低信號(hào)帶寬的目的。尤其是后一項(xiàng)問(wèn) 題，嚴(yán)重限制了該方案的使用范圍。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)條件下，為提高SAR系統(tǒng)的距離分辨率，多通道合成是當(dāng)前采用的主要 技術(shù)手段之一。該方案基于信道化接收技術(shù)，采用頻域分割方法把雷達(dá)回波信號(hào)劃分為多 個(gè)接收子帶，每個(gè)子帶上用相對(duì)低速的A/D進(jìn)行采樣，最后在數(shù)字域進(jìn)行頻帶綜合，得到全 帶寬信號(hào)。
[0005] 這種方法之所以成為寬帶信號(hào)處理的主流技術(shù)，是因?yàn)樗梢杂行Ы档透咚貯/D 器件的技術(shù)要求，大幅降低單路A/D設(shè)計(jì)及后續(xù)數(shù)據(jù)記錄、成像處理的壓力，使得目前大帶 寬下大測(cè)繪帶成像成為可能。但是這種方法需要重點(diǎn)解決兩個(gè)問(wèn)題，一是多路A/D的同步 問(wèn)題，另外一個(gè)問(wèn)題是多通道的幅相畸變問(wèn)題。
[0006] 首先多路A/D的同步問(wèn)題，也就是數(shù)據(jù)采集單元的通道間延時(shí)，當(dāng)同一信號(hào)同相 加載到不同采集通道后，多組采集數(shù)序列第一點(diǎn)在信號(hào)波形上反映出的時(shí)間差是否為零。 它是一項(xiàng)非常重要的基本指標(biāo)，在對(duì)時(shí)序、相位等要求特別嚴(yán)格的SAR波形采集和記錄過(guò) 程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間差是必須精確知道的一項(xiàng)指標(biāo)，雷達(dá)后續(xù)的幅相誤 差補(bǔ)償和成像處理均建立在各通道完全同步的基礎(chǔ)之上。
[0007] 另外一個(gè)問(wèn)題是通道間幅相畸變問(wèn)題。由于模擬器件的不穩(wěn)定性和不一致性，他 們的幅相差別不僅隨頻率發(fā)生改變，還經(jīng)常隨時(shí)間做慢變化。子帶信號(hào)直接多通道合成不 但無(wú)法提高距離分辨率，還會(huì)使成像質(zhì)量嚴(yán)重惡化。SAR的接收通道誤差包含了幅度誤差、 相位誤差兩部分，具體表達(dá)式為Ρ,,Ο1') = 4〇〇exp"((p)，式中Hn(W)是第η通道總的幅相誤 差函數(shù)，An(W)表示幅度誤差，ε>φ"(φ)表示相位誤差，w代表頻率。上述誤差會(huì)對(duì)成像結(jié)果 產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致距離向脈沖壓縮沖擊響應(yīng)的主瓣展寬、副瓣抬升，分辨率和圖像質(zhì)量降 低。
[0008] 通道間同步誤差和幅相誤差的估計(jì)與補(bǔ)償，成為多通道SAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)與信號(hào)處理 的關(guān)鍵技術(shù)。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)中尚沒(méi)有一體化的同步誤差和幅相誤差的校準(zhǔn)裝置，都是針對(duì)單一項(xiàng)誤 差做出的補(bǔ)償。針對(duì)通道間的同步誤差，現(xiàn)有技術(shù)往往在數(shù)字域進(jìn)行解決，或者對(duì)采樣時(shí) 鐘和觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行處理，結(jié)合鎖相環(huán)路并通過(guò)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)等手段，實(shí)現(xiàn)多路A/D的同步； 針對(duì)通道間的幅相誤差，現(xiàn)在通常做法是采用雷達(dá)閉環(huán)測(cè)試手段，一次性獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；或 者，采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，把通道間的幅相誤差測(cè)量出來(lái)；再或者，基于回 波數(shù)據(jù)直接進(jìn)行誤差提取。
[0010] 針對(duì)通道間的同步誤差，現(xiàn)有技術(shù)在A/D器件采樣率較低情況下是適用的，一旦 涉及高速A/D，如在SAR系統(tǒng)中接收通道中頻采樣率在I. 5GHz以上，此時(shí)電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)抖 動(dòng)非常敏感，每次上電或復(fù)位時(shí)ps級(jí)的誤差即可能帶來(lái)通道間的不同步，這種情況下上述 方法很難保證多組數(shù)據(jù)的多個(gè)采集通道間延遲時(shí)間差基本為0或保持恒定狀態(tài)，也就難以 從根本上解決同步問(wèn)題。
[0011] 針對(duì)通道間的幅相誤差，現(xiàn)在采用的三種方法的共同問(wèn)題是實(shí)時(shí)性不足，都是針 對(duì)數(shù)據(jù)記錄已經(jīng)完成后作出的處理，記錄完成的數(shù)據(jù)中已經(jīng)蘊(yùn)含了許多不確定的幅相誤 差，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后殘余誤差成分仍然很大，不能針對(duì)模擬通道表現(xiàn)的時(shí)變性及溫漂性做出準(zhǔn) 確的補(bǔ)償，影響大帶寬信號(hào)內(nèi)大容量信息的提取和利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置 和校準(zhǔn)及誤差補(bǔ)償方法，以實(shí)現(xiàn)一次處理就可以完成兩項(xiàng)誤差的分析和補(bǔ)償。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種多通道接收機(jī)幅相 誤差校準(zhǔn)裝置，包括：
[0014] 幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所述多通道接收機(jī)各個(gè)通道的幅相誤差校準(zhǔn)信 號(hào)；以及
[0015] 幅相誤差補(bǔ)償單元，用于基于所述幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)對(duì) 所述多通道接收機(jī)各個(gè)通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償。
[0016] 其中，所述幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)包括：
[0017] 一幅相校準(zhǔn)信號(hào)源，用于輸出校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；
[0018] 一信號(hào)調(diào)理電路，用于調(diào)節(jié)所述校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的幅度大小，以適應(yīng)不同回波 信噪比狀態(tài)下通道間的幅相校準(zhǔn)；以及
[0019] 一幅相校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)，用于模式選擇，在幅相校準(zhǔn)模式和正常模式之間切換。
[0020]其中，所述幅相誤差補(bǔ)償單元對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償?shù)姆椒椋簩?所采集的數(shù)字信號(hào)頻域變換為S(W)，并計(jì)算理想線性調(diào)頻信號(hào)的頻域I(W)，由此得到所述 通道的傳遞誤差足~) = *^〇//〇〇 =次(《')叫3"仲）；利用分析得到的誤差凡(《)對(duì)所述接 收通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償處理。
[0021] 作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，包 括：
[0022] 同步誤差校準(zhǔn)裝置，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償；以 及
[0023] 如上任意一項(xiàng)所述的幅相誤差校準(zhǔn)裝置，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)幅相 校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償。
[0024] 其中，所述同步誤差校準(zhǔn)裝置包括：
[0025] 同步誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所述多通道接收機(jī)的各個(gè)通道的同步誤差校準(zhǔn) 信號(hào)，包括：
[0026] -同步校準(zhǔn)信號(hào)源，用于輸出同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)，其中所述同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)為 具有一定幅度的點(diǎn)頻信號(hào)；
[0027] -功分網(wǎng)絡(luò)，用于將所述同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)分成與通道數(shù)對(duì)應(yīng)的多路信號(hào)；以及
[0028] -開(kāi)關(guān)矩陣，用于模式選擇，在所述同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)和正常工作模式信號(hào)之間 完成切換；以及
[0029] 同步誤差補(bǔ)償單元，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)的各個(gè)通道進(jìn)行同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ) 償，其中所述同步誤差補(bǔ)償單元對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償?shù)姆椒椋涸u(píng)價(jià)出每 一通道第一個(gè)采集數(shù)據(jù)在擬合正弦波中所對(duì)應(yīng)的初始相位P，不同采集通道初始相位值間 所對(duì)應(yīng)的相位差.Δφ反映的時(shí)間差△〖，即是所要獲得的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間 差，補(bǔ)償該時(shí)間差后即完成所述各個(gè)通道的同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償。
[0030] 其中，所述幅相誤差校準(zhǔn)裝置包括幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和幅相誤差補(bǔ)償單元，所述 同步誤差校準(zhǔn)裝置包括同步誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和同步誤差補(bǔ)償單元；以及
[0031] 所述幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)介于前級(jí)低噪聲放大器和N路功分網(wǎng)絡(luò)之間，所述同步誤 差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)位于多路A/D單元輸入端之前，所述同步誤差補(bǔ)償單元緊鄰多路A/D單元之后 設(shè)置，所述幅相誤差補(bǔ)償單元設(shè)置在所述同步誤差補(bǔ)償單元之后。
[0032] 作為本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)與誤差補(bǔ) 償方法，包括如下步驟：
[0033] 控制開(kāi)關(guān)矩陣，將所述多通道接收機(jī)的工作模式切換到所需的工作模式；以及
[0034] 當(dāng)切換至同步校準(zhǔn)模式時(shí)，同步校準(zhǔn)信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)分 成與通道數(shù)對(duì)應(yīng)的多路信號(hào)，經(jīng)由開(kāi)關(guān)矩陣輸出給多通道A/D單元；多通道A/D單元對(duì)各通 道信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后，同步誤差補(bǔ)償單元評(píng)價(jià)出每一通道第一個(gè)采集數(shù)據(jù)在擬合正弦 波中所對(duì)應(yīng)的初始相位$，不同采集通道初始相位值間所對(duì)應(yīng)的相位差Δφ反映的時(shí)間差 Λt，即是所要獲得的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間差；補(bǔ)償該時(shí)間差后即完成所述各通 道的同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償；
[0035] 當(dāng)切換至幅相校準(zhǔn)模式時(shí)，幅相校準(zhǔn)信號(hào)源輸出經(jīng)過(guò)預(yù)失真補(bǔ)償?shù)姆嗾`差校準(zhǔn) 信號(hào)給信道化接收單元；
[0036] 所述信道化接收單元對(duì)各通道幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)依次進(jìn)行信道化選擇、下變頻、 MGC放大等模擬處理后輸出到A/D單元；所述A/D單元將所述幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字 化處理，再經(jīng)數(shù)字解調(diào)變?yōu)閿?shù)字基帶信號(hào)后輸出到幅相誤差補(bǔ)償單元，所述幅相誤差補(bǔ)償 單元將所采集的數(shù)字信號(hào)頻域變換為S(w)，并計(jì)算理想的幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)的頻域I(w)， 由此獲得所述通道的傳遞誤差"力1') = = 〇')αρ"(Φ\利用Hn(W)對(duì)所述接收 通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償處理，消除所述通道內(nèi)相位、幅度誤差。
[0037] 其中，在系統(tǒng)工作過(guò)程中能夠隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)需要切換至同步和/或幅相校準(zhǔn)模式 進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0038] 其中，先切換到同步校準(zhǔn)模式，完成后再切換到幅相校準(zhǔn)模式。
[0039] 作為本發(fā)明的還一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種多通道接收機(jī)的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)與誤差 補(bǔ)償方法，包括如下步驟：
[0040] 切換至同步校準(zhǔn)模式；
[0041] 同步校準(zhǔn)信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)關(guān)矩陣輸出給多通道A/D 單元；
[0042] 數(shù)字化處理后，同步誤差補(bǔ)償單元評(píng)價(jià)出每一通道第一個(gè)采集數(shù)據(jù)在擬合正弦 波中所對(duì)應(yīng)的初始相位不同采集通道初始相位值間所對(duì)應(yīng)的相位差Δφ反映的時(shí)間差Λt，即是所要獲得的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間差，補(bǔ)償該時(shí)間差后即完成同步校準(zhǔn) 和誤差補(bǔ)償；
[0043] 系統(tǒng)轉(zhuǎn)入幅相校準(zhǔn)模式，同時(shí)關(guān)閉同步校準(zhǔn)模式；
[0044] 幅相校準(zhǔn)信號(hào)源輸出經(jīng)過(guò)預(yù)失真補(bǔ)償?shù)睦硐刖€性調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理單元、 幅相校準(zhǔn)模式選擇電路輸出給信道化接收單元；
[0045] 該信號(hào)在信道化接收單元依次經(jīng)過(guò)信道化選擇、下變頻、MGC放大等模擬處理后， 在A/D單元內(nèi)完成數(shù)字化過(guò)程；
[0046] 經(jīng)過(guò)數(shù)字解調(diào)變?yōu)閿?shù)字基帶信號(hào)后，在通道幅相誤差補(bǔ)償單元內(nèi)對(duì)該基帶 信號(hào)進(jìn)行頻率分析以獲取該通道的傳遞特性以及對(duì)于理想情況下的誤差，即將所采 集的數(shù)字信號(hào)頻域變換為S(W)，并計(jì)算理想線性調(diào)頻信號(hào)的頻域I(W)，這樣就可 以獲得采集到的實(shí)際信號(hào)與理想線性調(diào)頻信號(hào)的差異，也就是該通道的傳遞誤差 Hn(w) =Λ'(?!')//(ι?') = 4('i')exp,.,(iD)；
[0047] 利用分析得到的誤差Hn(W)對(duì)接收通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償處理；
[0048] 整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程完成，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作模式。
[0049] 通過(guò)上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明誤差校準(zhǔn)全面，通過(guò)在多通道接收機(jī)內(nèi)集成同步、 幅相校準(zhǔn)裝置，一體化架構(gòu)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步校準(zhǔn)和幅相校準(zhǔn)， 自動(dòng)測(cè)量多個(gè)通道間的誤差信息，消除兩種不確定性對(duì)通道的影響，重要的是，該發(fā)明具有 很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和靈活性，自動(dòng)化程度高，其誤差校準(zhǔn)可貫穿于系統(tǒng)工作的整個(gè)過(guò)程，只需在 雷達(dá)控制界面中做出相應(yīng)選擇，無(wú)需任何連線和硬件更改，即可完成系統(tǒng)的校準(zhǔn)過(guò)程，操作 簡(jiǎn)單、使用快捷，可以精確補(bǔ)償環(huán)境條件、器件特性對(duì)接收通道帶來(lái)的影響，為多通道數(shù)據(jù) 的處理奠定良好的基礎(chǔ)，可以有效解決大帶寬信號(hào)的接收難題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0050] 圖1是傳統(tǒng)的多通道接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖2是本發(fā)明的集成了實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置的多通道接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052] 圖3是本發(fā)明的集成了實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置的多通道接收機(jī)的原理示意圖；
[0053] 圖4(a)是本發(fā)明的同步校準(zhǔn)裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖4(b)是本發(fā)明的同步誤差分析與補(bǔ)償方法的示意圖；
[0055] 圖5(a)是本發(fā)明的幅相校準(zhǔn)裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖5(b)是本發(fā)明的幅相誤差誤差分析與補(bǔ)償方法的示意圖；
[0057] 圖6是本發(fā)明的多通道接收機(jī)一體化同步、幅相校準(zhǔn)方法的流程圖；
[0058] 圖7是本發(fā)明的多通道接收機(jī)只同步校準(zhǔn)的方法的流程圖（以A/D復(fù)位為例）；
[0059] 圖8是本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)后的脈壓處理結(jié)果譜線圖，其中包含校 準(zhǔn)后信號(hào)、校準(zhǔn)前信號(hào)以及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的對(duì)比。

【具體實(shí)施方式】
[0060] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0061] 現(xiàn)有技術(shù)條件下，為提高系統(tǒng)，例如合成孔徑雷達(dá)的距離分辨率，多通道合成是當(dāng) 前采用的主要技術(shù)手段之一。但是這種方法需要重點(diǎn)解決兩個(gè)問(wèn)題，一是多路A/D的同步 問(wèn)題，另外一個(gè)問(wèn)題是多通道的幅相畸變問(wèn)題。
[0062] 針對(duì)多通道接收信號(hào)兩個(gè)主要誤差成分--同步誤差和幅相誤差，本發(fā)明采用分 步法把校準(zhǔn)分解為兩個(gè)有效的步驟，分別對(duì)應(yīng)通道間的同步誤差校準(zhǔn)和幅相誤差校準(zhǔn)，一 次處理可以完成兩項(xiàng)誤差的分析和補(bǔ)償；重要的是，本發(fā)明具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，每次系統(tǒng)上 電后或系統(tǒng)工作過(guò)程中都可以選擇切換至校準(zhǔn)模式進(jìn)行全部校準(zhǔn)或某一項(xiàng)校準(zhǔn)，自動(dòng)補(bǔ)償 環(huán)境條件、器件特性對(duì)接收通道帶來(lái)的影響，非常適合大帶寬多通道信號(hào)的接收。
[0063] 本發(fā)明的第一個(gè)方面是多通道接收機(jī)的一體化實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，包含同步誤差校準(zhǔn) 網(wǎng)絡(luò)及同步誤差補(bǔ)償單元、幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及幅相誤差補(bǔ)償單元，前者統(tǒng)稱(chēng)為同步誤差 校準(zhǔn)裝置，后者統(tǒng)稱(chēng)為幅相誤差校準(zhǔn)裝置。
[0064] 本發(fā)明的多通道接收機(jī)一體化實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置采用的技術(shù)方案是在多通道接收機(jī) 內(nèi)部集成同步、幅相校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及其誤差補(bǔ)償單元，一體化架構(gòu)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道接收 機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步校準(zhǔn)和幅相校準(zhǔn)，精確測(cè)量多個(gè)通道間的誤差信息。具體實(shí)施中采用分步 法進(jìn)行多通道的校準(zhǔn)和補(bǔ)償，首先進(jìn)行同步誤差校準(zhǔn)，同步性是整個(gè)信號(hào)處理的基礎(chǔ)，后續(xù) 幅相校準(zhǔn)和所有數(shù)據(jù)處理均依賴(lài)于多路A/D之間的同步。同步校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)源輸出一點(diǎn) 頻信號(hào)，A/D單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在同步誤差補(bǔ)償單元內(nèi)進(jìn)行處理，通過(guò)提取相位信息轉(zhuǎn)換 為通道間的時(shí)間差信息，從而完成同步性的校準(zhǔn)；第二步，進(jìn)行幅相誤差校準(zhǔn)，雷達(dá)接收機(jī) (前端后）接收校準(zhǔn)信號(hào)源的輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)后續(xù)模擬通道的處理后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集單元，數(shù) 字化后在幅相誤差補(bǔ)償單元內(nèi)進(jìn)行處理，通過(guò)比對(duì)提取出幅度和相位信息，可以得出各通 道間的幅相誤差，從而完成幅相校準(zhǔn)。
[0065] 本發(fā)明的同步誤差校準(zhǔn)裝置包含一同步校準(zhǔn)信號(hào)源、一功分網(wǎng)絡(luò)、一開(kāi)關(guān)矩陣和 通道內(nèi)的同步誤差補(bǔ)償單元。所述同步信號(hào)源輸出具有一定幅度的點(diǎn)頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)功分網(wǎng) 絡(luò)后形成N路合適信號(hào)，其中N為通道的數(shù)目。所述開(kāi)關(guān)矩陣用以模式選擇，在同步信號(hào)和 正常工作模式信號(hào)，例如下變頻后IF信號(hào)之間完成切換，由于同步校準(zhǔn)只是補(bǔ)償A/D單元 間的同步性誤差，與其他器件無(wú)關(guān)，故而該同步網(wǎng)絡(luò)緊鄰A/D單元放置，這樣也可大幅降低 其它部件給測(cè)試校準(zhǔn)帶來(lái)的不確定度。
[0066] 該校準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)A/D單元數(shù)字化處理后，所述同步誤差補(bǔ)償單元評(píng)價(jià)出每一通道第 一個(gè)采集數(shù)據(jù)在擬合正弦波中所對(duì)應(yīng)的初始相位P，不同采集通道初始相位值間所對(duì)應(yīng)的 相位差Δφ反映的時(shí)間差△〖，即是所要獲得的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間差，補(bǔ)償該 時(shí)間差后即完成同步校準(zhǔn)。
[0067] 本發(fā)明的幅相誤差校準(zhǔn)裝置包含一幅相校準(zhǔn)信號(hào)源、一信號(hào)調(diào)理電路、一幅相校 準(zhǔn)開(kāi)關(guān)及通道內(nèi)的幅相誤差補(bǔ)償單元。所述幅相校準(zhǔn)信號(hào)源用以輸出校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 該信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)失真補(bǔ)償可認(rèn)為是理想的線性調(diào)頻信號(hào)，所述信號(hào)調(diào)理電路主要用以調(diào)節(jié)信 號(hào)幅度大小，以滿(mǎn)足不同回波信噪比狀態(tài)下通道間的幅相校準(zhǔn)，所述幅相校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)用以模 式選擇，在校準(zhǔn)模式和正常模式之間切換。需要注意的是，幅相校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置于多通道接收 機(jī)公共端的中間位置，即介于前級(jí)低噪聲放大器和N路功分網(wǎng)絡(luò)之間，有兩方面的好處，一 是可以有效避開(kāi)接收機(jī)前端對(duì)大帶寬信號(hào)帶來(lái)的誤差，第二，還可以保證校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)接收 通道噪聲系數(shù)的貢獻(xiàn)達(dá)到可以忽略的程度。因?yàn)榻邮諜C(jī)前端屬于多通道接收的公共端，這 種設(shè)置對(duì)于幅相校準(zhǔn)是非常有利和必要的。
[0068] 幅相校準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò)后續(xù)模擬通道的處理后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集單元，經(jīng)過(guò)數(shù)字解調(diào)變?yōu)?數(shù)字基帶信號(hào)后，所述幅相誤差補(bǔ)償單元對(duì)該基帶信號(hào)進(jìn)行頻率分析以獲取該通道的傳遞 特性以及對(duì)于理想情況下的誤差，即將所采集的數(shù)字信號(hào)頻域變換為S(W)，并計(jì)算理想線 性調(diào)頻信號(hào)的頻域I(w)，這樣就可以獲得采集的實(shí)際信號(hào)與理想線性調(diào)頻信號(hào)的差異，也 就是該通道的傳遞誤差">')=沖|〇//(>|') = 〇')￡叩,,仲）；利用分析得到的誤差!1?對(duì) 接收通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償處理，就可以消除信號(hào)通道內(nèi)相位、幅度誤差。
[0069] 本發(fā)明的一體化實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置組成如表1所示。
[0070] 表1 一體化實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置組成
[0071]

【權(quán)利要求】
1. 一種多通道接收機(jī)幅相誤差校準(zhǔn)裝置，包括： 幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所述多通道接收機(jī)各個(gè)通道的幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)； 以及 幅相誤差補(bǔ)償單元，用于基于所述幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)對(duì)所述 多通道接收機(jī)各個(gè)通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道接收機(jī)幅相誤差校準(zhǔn)裝置，其中所述幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng) 絡(luò)包括： 一幅相校準(zhǔn)信號(hào)源，用于輸出校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)； 一信號(hào)調(diào)理電路，用于調(diào)節(jié)所述校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的幅度大小，以適應(yīng)不同回波信噪 比狀態(tài)下通道間的幅相校準(zhǔn)；以及 一幅相校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)，用于模式選擇，在幅相校準(zhǔn)模式和正常模式之間切換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道接收機(jī)幅相誤差校準(zhǔn)裝置，其中所述幅相誤差 補(bǔ)償單元對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償?shù)姆椒椋簩⑺杉臄?shù)字信號(hào)頻域 變換為S(W)，并計(jì)算理想線性調(diào)頻信號(hào)的頻域I(W)，由此得到所述通道的傳遞誤差 //,,(η') =Λ>')//(η〇 = 4,(u')exp,,((p);利用分析得到的誤差Rn(W)對(duì)所述接收通道進(jìn)行幅相 校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償處理。
4. 一種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，包括： 同步誤差校準(zhǔn)裝置，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償；以及 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的幅相誤差校準(zhǔn)裝置，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)進(jìn)行 實(shí)時(shí)幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，其中所述同步誤差校準(zhǔn)裝置包 括： 同步誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所述多通道接收機(jī)的各個(gè)通道的同步誤差校準(zhǔn)信 號(hào)，包括： 一同步校準(zhǔn)信號(hào)源，用于輸出同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)，其中所述同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)為具有 一定幅度的點(diǎn)頻信號(hào)； 一功分網(wǎng)絡(luò)，用于將所述同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)分成與通道數(shù)對(duì)應(yīng)的多路信號(hào)；以及 一開(kāi)關(guān)矩陣，用于模式選擇，在所述同步誤差校準(zhǔn)信號(hào)和正常工作模式信號(hào)之間完成 切換；以及 同步誤差補(bǔ)償單元，用于對(duì)所述多通道接收機(jī)的各個(gè)通道進(jìn)行同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償， 其中所述同步誤差補(bǔ)償單元對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償?shù)姆椒椋涸u(píng)價(jià)出每一通 道第一個(gè)采集數(shù)據(jù)在擬合正弦波中所對(duì)應(yīng)的初始相位P，不同采集通道初始相位值間所對(duì) 應(yīng)的相位差Δ<Ρ反映的時(shí)間差△〖，即是所要獲得的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間差，補(bǔ) 償該時(shí)間差后即完成所述各個(gè)通道的同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)裝置，其中所述幅相誤差校準(zhǔn)裝置包 括幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和幅相誤差補(bǔ)償單元，所述同步誤差校準(zhǔn)裝置包括同步誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) 和同步誤差補(bǔ)償單元；以及 所述幅相誤差校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)介于前級(jí)低噪聲放大器和N路功分網(wǎng)絡(luò)之間，所述同步誤差校 準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)位于多路A/D單元輸入端之前，所述同步誤差補(bǔ)償單元緊鄰多路A/D單元之后設(shè)置， 所述幅相誤差補(bǔ)償單元設(shè)置在所述同步誤差補(bǔ)償單元之后。
7. -種多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償方法，包括如下步驟： 控制開(kāi)關(guān)矩陣，將所述多通道SAR接收機(jī)的工作模式切換到所需的工作模式；以及 當(dāng)切換至同步校準(zhǔn)模式時(shí)，幅相校準(zhǔn)模式關(guān)閉，同步校準(zhǔn)信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)頻信號(hào)，經(jīng) 過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)分成與通道數(shù)對(duì)應(yīng)的多路信號(hào)，經(jīng)由開(kāi)關(guān)矩陣輸出給多通道A/D單元；多通道 A/D單元對(duì)各通道信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后，同步誤差補(bǔ)償單元評(píng)價(jià)出每一通道第一個(gè)采集 數(shù)據(jù)在擬合正弦波中所對(duì)應(yīng)的初始相位P，不同采集通道初始相位值間所對(duì)應(yīng)的相位差 △Φ反映的時(shí)間差Λt，即是所要獲得的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間差；補(bǔ)償該時(shí)間差 后即完成所述各通道的同步校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償； 當(dāng)切換至幅相校準(zhǔn)模式時(shí)，同步校準(zhǔn)模式關(guān)閉，幅相校準(zhǔn)信號(hào)源輸出經(jīng)過(guò)預(yù)失真 補(bǔ)償?shù)姆嗾`差校準(zhǔn)信號(hào)給信道化接收單元；所述信道化接收單元對(duì)各通道幅相誤 差校準(zhǔn)信號(hào)依次進(jìn)行信道化選擇、下變頻、MGC放大等模擬處理后輸出到A/D單元；所 述A/D單元將所述幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，再經(jīng)數(shù)字解調(diào)變?yōu)閿?shù)字基帶信 號(hào)后輸出到幅相誤差補(bǔ)償單元，所述幅相誤差補(bǔ)償單元將所采集的數(shù)字信號(hào)頻域變換 為S(W)，并計(jì)算理想的幅相誤差校準(zhǔn)信號(hào)的頻域I(W)，由此獲得所述通道的傳遞誤差 //"〇〇 = = 〇')exp"((p);利用扎(￥)對(duì)所述接收通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償 處理，消除所述通道內(nèi)相位、幅度誤差。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償方法，其中在系統(tǒng)工作過(guò) 程中能夠隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)需要切換至同步和/或幅相校準(zhǔn)模式進(jìn)行校準(zhǔn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多通道接收機(jī)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償方法，其中先切換到同步 校準(zhǔn)模式，完成后再切換到幅相校準(zhǔn)模式。
10. -種多通道接收機(jī)的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)與誤差補(bǔ)償方法，包括如下步驟： 切換至同步校準(zhǔn)模式； 同步校準(zhǔn)信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)功分網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)關(guān)矩陣輸出給多通道A/D單元； 數(shù)字化處理后，同步誤差補(bǔ)償單元評(píng)價(jià)出每一通道第一個(gè)采集數(shù)據(jù)在擬合正弦波中所 對(duì)應(yīng)的初始相位，，不同采集通道初始相位值間所對(duì)應(yīng)的相位差Δφ反映的時(shí)間差△t，即 是所要獲得的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道間延遲時(shí)間差，補(bǔ)償該時(shí)間差后即完成同步校準(zhǔn)和誤差 補(bǔ)償； 系統(tǒng)轉(zhuǎn)入幅相校準(zhǔn)模式，同時(shí)關(guān)閉同步校準(zhǔn)模式； 幅相校準(zhǔn)信號(hào)源輸出經(jīng)過(guò)預(yù)失真補(bǔ)償?shù)睦硐刖€性調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理單元、幅相 校準(zhǔn)模式選擇電路輸出給信道化接收單元； 該信號(hào)在信道化接收單元依次經(jīng)過(guò)信道化選擇、下變頻、MGC放大等模擬處理后，在A/D單元內(nèi)完成數(shù)字化過(guò)程； 經(jīng)過(guò)數(shù)字解調(diào)變?yōu)閿?shù)字基帶信號(hào)后，在通道幅相誤差補(bǔ)償單元內(nèi)對(duì)該基帶信號(hào)進(jìn)行頻 率分析以獲取該通道的傳遞特性以及對(duì)于理想情況下的誤差，即將所采集的數(shù)字信號(hào)頻域 變換為S(w)，并計(jì)算理想線性調(diào)頻信號(hào)的頻域I(w)，這樣就可以獲得采集到的實(shí)際信號(hào)與 理想線性調(diào)頻信號(hào)的差異，也就是該通道的傳遞誤差">')=X(H')//(H') = /?,,(Η')εχρ"(φ); 利用分析得到的誤差Hn(W)對(duì)接收通道進(jìn)行幅相校準(zhǔn)和誤差補(bǔ)償處理； 整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程完成，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作模式。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK104316913SQ201410639853
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】郭征, 王巖飛, 周以國(guó), 趙風(fēng)華, 李和平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所