CN102890271B - 一种外辐射源雷达阵列天线幅相一致性校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外辐射源雷达阵列天线回波通道间幅相一致性的校正方法，直接利用辐射源信号对回波接收阵列天线进行校正，将回波天线对准辐射源，由于天线与辐射源之间相距较远，认为回波天线接收到的为平面波，则天线各回波通道接收到的辐射源信号一致，然后设置基准回波通道，将其余各回波通道信号与基准回波通道信号进行混频，计算其余回波通道相对于基准回波通道的校正系数，最后将各个回波通道信号乘以校正系数后合成回波信号。本发明不需要专门的校正网络，直接利用辐射源信号对回波接收阵列天线进行幅相校正，降低了系统复杂度，移除了专门的校正网络并考虑了天线阵元本身之间的不一致的影响，获得了更高的校正精度。

Description

一种外辐射源雷达阵列天线幅相一致性校正方法

技术领域

本发明涉及一种外辐射源雷达阵列天线回波通道间幅相一致性的校正方法，属于雷达探测领域。

背景技术

外辐射源雷达本身不发射信号，其通过被动地接收目标反射的非合作的辐射源（电视、广播、通信台、GPS等）发射的电磁信号，实现空域目标的监测。

由于目标回波信号十分微弱，雷达回波天线一般采用多个阵列单元合成以提高目标信号功率和降低副瓣，回波通道间的失配将严重影响雷达性能。而且，雷达回波天线接收到的信号是目标回波信号与来自发射台的直达波以及经多径反射的干扰信号的叠加（图1），这些干扰信号与发射信号有极强的相关性，如果不对消掉直达波及其干扰信号，就无法检测运动目标。若雷达回波天线多个阵元回波通道之间存在幅相不一致，合成后回波信号中干扰信号离散度将增加，降低干扰信号对消增益（对消前信号能量比上对消后信号能量，反映干扰信号的抑制能力），因此，需要对雷达各回波通道间的幅相一致性进行校正。

通常回波通道幅相校正的方法是使用专门的校正网络，如图2所示，由信号源输出校正信号，并功分至回波天线的各个阵元，校正网络接收各回波通道的数据并做傅里叶变换（FFT），以某一回波通道为基准，比较其余回波通道在校正信号频点处幅度和相位的差别，即可得出各回波通道的校正系数。

该方法虽能完成回波通道间的校正，但有以下几点不足：

（1）需要专门的校正网络，设备复杂。

（2）由于校正网络中功分网络等设备的误差，引入了新的幅相一致性误差。

（3）由于天线阵元间的加工精度不同、安装间距差别、阵元增益不同等因素影响，回波天线存在固有误差，上述校正方法只校正了回波天线阵元以后的回波通道的幅相一致性，对天线阵元本身的幅相一致性没有进行校正。

发明内容

针对传统校正方法的不足，本发明提出一种新的回波通道校正方法，该方法不需要专门的校正网络，直接利用辐射源信号对整个回波接收阵列天线进行校正。

具体实现步骤如下：

步骤一：回波天线对准辐射源，采集数据。

将回波天线对准辐射源，即处于基线方向，由于天线与辐射源之间相距较远，可认为回波天线接收到的为平面波，则天线各回波通道接收到的辐射源信号一致，回波天线第i个回波通道接收到的辐射源信号为

其中，x(n)为辐射源信号到达回波天线的平面波信号，A_i为回波天线第i回波通道接收到的辐射源信号的幅度，

为回波天线第i个回波通道接收到的辐射源信号的相位差，N为回波天线阵元个数。

步骤二：设置基准回波通道，将其余各回波通道信号与基准回波通道信号进行混频，计算校正系数。

由于天线阵元间存在固有误差，天线阵元接收信号后进行低噪放、滤波等也会引起误差，从而导致各回波通道间的信号幅相不一致，需要对回波通道间幅相一致性进行校正。考虑到各回波通道接收到的辐射源信号一致，同频信号做混频计算后，就只剩下直流信号，而直流信号做傅立叶变换后只剩下零频分量，则可以通过设定基准回波通道，其余各回波通道的信号分别与该基准回波通道的信号作混频计算后，对得到的差频信号做傅里叶变换，则傅里叶变换后的零频分量只与基准回波通道的幅相以及辐射源信号的幅相相关，从而得到其余各回波通道相对于基准回波通道的校正系数。

以任意一个回波通道信号为基准，设第p通道信号为基准，1≤p≤N，其余各回波通道信号与基准信号做混频计算，得到差频信号：

其中，x_i ^*(n)为x_i(n)的共轭信号，x^*(n)为x(n)的共轭信号。

混频后的差频信号的频率为0，对混频后的差频信号做傅里叶变换，傅里叶变换后的零频分量为：

由于该零频分量只与基准回波通道的幅相以及各回波通道自身接收到的辐射源信号幅相相关，则可将a_i看作是各回波通道差频信号的系数。

将各回波通道的差频信号的系数与第p回波通道的差频信号的系数相比即可得到各回波通道的校正系数为

步骤三：合成回波信号。

各个回波通道信号乘以校正系数后合成回波信号：

$X=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{x}_i\left(n\right)$

有益效果

1)本发明不需要专门的校正网络，直接利用辐射源信号对回波接收阵列天线进行幅相校正，降低了系统复杂度；

2)与传统方法相比，由于移除了专门的校正网络并考虑了天线阵元本身之间的不一致的影响，获得了更高的校正精度。

附图说明

图1为外辐射源雷达系统示意图；

图2为传统校正方法系统连接示意图；

图3为本发明校正方法系统连接示意图；

图4为回波合成信号；

图5为传统校正方法与本发明校正方法性能的比较。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明方法做进一步详细说明。

某基于数字电视信号的外辐射源雷达系统示意图如附图1所示，其回波天线阵元回波通道间幅相一致性的校正方法的系统连接示意如附图3所示，数字电视信号带宽7.56MHz，雷达系统回波天线有15阵元。

具体步骤如下：

步骤一：回波天线对准辐射源。

转动回波天线指向电视塔方向，本系统中基线方位为20.4°，雷达系统距离电视塔30km，可认为信号到达天线处为平面波。

步骤二：采集回波通道信号数据，计算校正系数。

根据前述方法，以第1回波通道为基准通道，计算出各个回波通道的幅相信息及校正系数如表1所示：

表1各回波通道的幅相信息及校正系数

回波通道	幅相信息（×1010）	校正系数
			1(基准)	4.7937	1
2	1.7722-4.1815i	0.4119+0.9718i
			3	3.3707-3.0256i	0.7876+0.7069i
4	1.9351-4.6582i	0.3646+0.8776i
			5	-3.7156-0.7339i	-1.2417+0.2453i
6	-1.1314-3.7772i	-0.3488+1.1646i
			7	-3.8567+2.2708i	-0.9230-0.5434i
8	-4.8925-0.0850i	-0.9795+0.0170i
			9	-2.4494+4.3965i	-0.4636-0.8321i
10	3.2472+3.7893i	0.6251-0.7294i
			11	-3.1296+3.2513i	-0.7367-0.7653i
12	1.6198+4.5551i	0.3322-0.9342i
			13	-0.1036+4.3219i	-0.0266-1.1085i
14	4.6341+1.4166i	0.9460-0.2892i
			15	2.3096+1.4679i	1.4784-0.9396i

步骤三：合成回波信号。

使用上述产生的校正系数乘以各自对应回波通道信号合成最终回波信号，如图4所示。

进一步对本发明校正方法的性能进行仿真，对校正后的回波信号进行相参积累，得到目标信号的信噪比为20.2317db，系统的对消增益为29.9262db，按照传统方法进行校正，得到目标信号信噪比为19.9140db，系统对消增益30.5765db，可见本发明校正方法与传统校正方法相比性能基本相当，但本发明的校正方法不需专门的校正网络。

以上所述的具体描述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种外辐射源雷达阵列天线幅相一致性校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、回波天线对准辐射源，采集数据：

将回波天线对准辐射源，由于天线与辐射源之间相距较远，认为回波天线接收到的为平面波，则回波天线第i个回波通道接收到的辐射源信号为

其中，x(n)为辐射源信号到达回波天线的平面波信号，A_i为回波天线第i个回波通道接收到的辐射源信号的幅度，

为回波天线第i个回波通道接收到的辐射源信号的相位差，N为回波天线阵元个数；

步骤二、设置基准回波通道信号，将其余各回波通道信号与基准回波通道信号进行混频，计算校正系数：

以任意一个回波通道信号为基准，设第p通道信号为基准，1≤p≤N，其余各回波通道信号与基准信号做混频计算，得到差频信号：

其中，x_i ^*(n)为x_i(n)的共轭信号，x^*(n)为x(n)的共轭信号；

对混频后的差频信号做傅里叶变换，傅里叶变换后的零频分量即为差频信号的系数：

将各回波通道的差频信号的系数与第p回波通道的差频信号的系数相比得各回波通道的校正系数：

步骤三、合成回波信号：

各个回波通道信号乘以校正系数后合成回波信号：

$X=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{x}_i\left(n\right).$

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