CN104297736B - 一种用于雷达接收通道阵列的校正方法 - Google Patents

一种用于雷达接收通道阵列的校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于雷达接收通道阵列的校正方法。该方法首先录取接收通道阵列在多个角度上的幅度、相位数据，然后分别进行幅度和相位校正。幅度校正值通过多角度的幅度测量值求平均方法得到；相位校正值的计算需要首先选定相位参考通道，对各个角度上的相位测量值，先减去与参考通道的理论相位偏差值，并进行坏值剔除，对剩余数据求平均，即得到相位偏差值，进而得到相位校正值。

Description

一种用于雷达接收通道阵列的校正方法
技术领域
本发明涉及一种用于雷达接收通道阵列的校正方法，属于信号与信号处理领域。
背景技术
相控阵雷达天线系统一般包含多个接收通道，由于生产过程中难以保证所有通道的电器特性一致，这将使各通道在带宽、增益、相位、延迟特性和噪声系数等参数上存在差异。所以当相同的信号进入通道时，各通道将产生不同的输出信号。这将影响相控阵雷达数字波束形成(DBF)之后波束形状，直接影响到对目标的测角精度；同时，通道间不一致将抬高副瓣电平，从而降低雷达的信号检测能力。因此在相控阵雷达的应用中，必须进行通道校正。实际应用中，主要考虑幅度的不一致性和相位的不一致性两部分。
工程实践中，主要有标准模拟信号法和远场信号法两种。标准模拟信号法将信号源产生的信号经等长馈线同时送到N个通道，保证N个通道的入口信号完全一致，然后通过数字方法检测通道间的不一致性。标准模拟信号法的优势在于可以实时进行校正，缺点在于需要增加用于校正的馈线单元，增大了设备量，不利于减小体积、降低成本。远场信号法是在阵列法线方向，在满足远场条件的距离处架设相参信号源，以此为参考进行通道校正。远场信号法通常不能实时进行。由于通道不一致性是慢变的，所以该方法通常能满足应用要求。远场信号法的基本原理非常简单，但实际应用中，容易受到信号源喇叭方向图形状、接收通道天线的单元方向图形状，以及其它环境不确定因素的影响，尤其是当阵列的波束覆盖范围较大时，直接进行法向信号校正不能得到满意的校正效果。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于雷达接收通道阵列的校正方法。
技术方案
一种用于雷达接收通道阵列的校正方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：匀速转动雷达接收通道阵列的阵面，记录转动的角度θm,m＝1,2,…,M和雷达接收通道Rn,n＝1,2,…,N对应的幅度An(θm)和相位
步骤2：计算通道Rn的幅度均值和幅度校正值为A为期望幅度；
步骤3：选择R1通道作为相位参考通道，将通道Rn的相位减去理论偏差，计算公式如下：
其中d为相邻阵元的间距；
步骤4：计算通道Rn的相位均值当时，剔除数据剩余的相位组成集合其中θmax为误差门限；
步骤5：计算集合中数据的平均值和根据确定相位校正值为
步骤6：根据幅度校正值为和相位校正值为计算通道Rn的校正后的信号：
其中e代表自然对数，j为虚数单位，Sn为通道Rn的接收信号。
所述的角度θm是等间隔采样。
所述的误差门限θmax的取值范围为0.3～0.4弧度。
有益效果
本发明提出的一种用于雷达接收通道阵列的校正方法，录取了接收阵列单元在一定角度范围内幅相数据，能够很好地克服阵列单元在不同方向上的增益不一致性所带来的影响，相对于固定位置校正，能够在接收波束覆盖内取得更稳定可靠的校正效果，这一优点对于宽波束的接收阵列尤其明显。该方法已经在工程实践中进行了应用。
附图说明
图1相控阵雷达一维接收阵列示意图
图2本发明实现的流程图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
首先架设信号源，和接收通道阵列的距离应该满足远场条件。设置相应的信号频率，输出的信号幅度应保证雷达接收通道不饱和，同时大于接收通道模/数转换器(A/D)量化噪声至少20dB以上。
将接收通道阵列固定在转台上，一般只允许转台在水平方向转动，因此要校正的阵列应与水平面方向一致。以图1所示的一维阵列为例。若雷达在方位上的覆盖范围为-30°～+30°，则转台的转动范围取-20°～+20°左右即可(0°为信号源所在方向)。由于运动的相对关系，当转台匀速转动的时候，就相当于信号从方位维不同角度入射，由于信号源幅度保持恒定，所以在转台转动过程中，阵列里各通道的入口信号功率基本不变。
在转动过程中，对角度进行等间隔采样θm(m＝1，2，…，M；单位为弧度)，间隔取为0.1度(约等于0.0017弧度)，同时记录此时各接收通道Rn(n＝1，2，…，N)输出端的信号幅度An(θm)和相位
幅度校正值的计算方法如下：求通道Rn的幅度均值若期望幅度为A，则该通道的幅度校正值为在一定角度范围内对幅度求均值，好处在于能够克服天线方向图的尖峰和凹陷带来的不平衡性，从而使校正效果整体最优化。
进行相位校正时，要选择某个通道作为相位参考通道，因此参考通道就不需要进行相位校正。参照图1，选择通道R1作为相位参考通道。
信号入射角度不同时，相邻通道间的理论相位差不同，参照图1，当入射角为θ时，理论相位差为d·sinθ，所以测量值中应包含固定理论相位差、通道不平衡偏差、测量误差三部分。对于通道Rn，先要减去固定理论偏差，计算公式如下：
其中d为相邻通道的间距。由通道不平衡偏差、测量误差两部分组成。为了提高估计精度，必须剔除测量过程的坏值。首先对通道Rn的所有相位数据(m＝1，２，…，M)求均值进行一次预估计；然后进行坏值剔除：当与的偏差超过某个门限值θmax(取为0.35弧度)时，则认为是个坏值。最后再对通道Rn的剩余相位数据求平均，得到最终的相位不平衡值相位校正值为
总的幅相校正公式为
其中e代表自然对数，j为虚数单位，Sn为通道Rn的接收信号，为通道Rn的校正后的信号。
当接收通道阵列为二维阵列时，两个维度的校正可以分别进行，对于某个特定的通道，校正值该通道所处的方位维和俯仰维的校正值之积。

Claims (1)

1.一种用于雷达接收通道阵列的校正方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：匀速转动雷达接收通道阵列的阵面，记录转动的角度θm,m＝1,2,…,M和雷达接收通道Rn,n＝1,2,…,N对应的幅度An(θm)和相位
步骤2：计算通道Rn的幅度均值和幅度校正值为A为期望幅度；
步骤3：选择R1通道作为相位参考通道，将通道Rn的相位减去理论偏差，计算公式如下：
其中d为相邻阵元的间距；
步骤4：计算通道Rn的相位均值当时，剔除数据剩余的相位组成集合其中θmax为误差门限；
步骤5：计算集合中数据的平均值和根据确定相位校正值为
步骤6：根据幅度校正值为和相位校正值为计算通道Rn的校正后的信号：
其中e代表自然对数，j为虚数单位，Sn为通道Rn的接收信号；
所述的角度θm是等间隔采样；
所述的误差门限θmax的取值范围为0.3～0.4弧度。
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