CN106125055A - 一种探测雷达二元端射阵的幅相实时监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探测雷达二元端射阵的幅相实时监测方法，分别采集两个发射天线发射的信号x₁(n)，x₂(n)，进行互相关处理，获得信号S₁(n)，并将S₁(n)所有采样点相加，获得对信号x₂(n)进行i个采样时间的延时获得信号x₃(n)；信号x₃(n)与信号x₁(n)进行互相关处理，获得信号S₂(n)，将S₂(n)所有采样点相加，获得利用与相除，求解信号x₁(n)和x₂(n)的相位差。本发明计算量小，适用范围广泛，不影响雷达工作，在不影响雷达工作的情况下实现了对通道间幅相误差的实时监测。占用控制系统的资源少，实时性好，实现起来灵活简便，对系统精度要求低。

Description

一种探测雷达二元端射阵的幅相实时监测方法

技术领域

本发明涉及一种探测雷达二元端射阵的幅相实时监测方法，属于误差检测领域。

背景技术

探测雷达二元端射阵通常通过两个发射天线发射相同信号，在空间进行合成。由于受到加工误差、装配误差、环境改变等因素，单元通道的初始幅相通常会有一定的差异，导致天线阵列增益下降，为了保证发射能量最优，需要对两路发射信号的相位进行校准。

常见的幅相误差计算方法有逆矩阵，FFT、换相等算法。但常规算法通常计算量大、会导致占用DSP资源过多，计算时间过长，实时性较差，需求苛刻导致无法在工程中进行实时监测。如何解决船用超视距雷达二元端射阵幅度相位的实时监测，是本领域关于亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种通用简单的船用超视距雷达二元端射阵的幅度相位监测方法，在不影响雷达工作的情况下计算通道间幅度相位值，通过相位值的计算，实现二元端射阵的空间合成，同时计算两路信号的幅度值，监测雷达系统是否正常工作。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种探测雷达二元端射阵的幅相实时监测方法，包括如下步骤：

(1)分别采集两个发射天线发射的信号x₁(n)，x₂(n)，其中n表示采样点；

(2)将信号x₁(n)，x₂(n)进行互相关处理，获得信号S₁(n)，并将S₁(n)所有采样点相加，获得其中N为采样点数；

(3)对信号x₂(n)进行i个采样时间的延时获得信号x₃(n)，i为整数，且i≥1；信号x₃(n)与信号x₁(n)进行互相关处理，获得信号S₂(n)，将S₂(n)所有采样点相加，获得

(4)利用与相除，求解信号x₁(n)和x₂(n)的相位差。

优选的，所述步骤(4)中求解信号x₁(n)和x₂(n)的相位差的方法为：计算计算从而得到其中和分别为信号x₁(n)，x₂(n)的初始相位，f₀为中心频率，f_s为采样率。

优选的，还包括步骤(5)计算信号x₁(n)，x₂(n)的幅度值A1，A2。

优选的，计算信号x₁(n)，x₂(n)的幅度值的具体方法为：

对采集得到的信号进行平方处理，通过相加求平均滤除高频项，求得幅度其中N为采样点个数，n为采样点。

优选的，还包括步骤(6)幅度值A1，A2，判断探测雷达是否工作正常，当发射功率为100W时，|A₁-A₂|≤3dB表示探测雷达工作正常；当发射功率为1000W时，|A₁-A₂|≤2dB，表示探测雷达工作正常。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的理论分析及实验结果表明该方法简单有效，计算量小，适用范围广泛，不影响雷达工作，具有较高的工程应用价值。

(2)本发明占用控制系统的资源少，实时性好，实现起来灵活简便，对系统精度要求低。

(3)本发明占用的通讯资源较少，无需传送大量数据，工作效率高，鲁棒性好。

(4)本发明适用范围广泛，可适用于单频连续波，调频连续波，调频均匀截断连续波、调频M序列截断连续波等多种复杂信号波形间的相位幅度校准，能够应用于多种雷达系统，校准精度高。

(5)本发明通过两路信号的幅值监测雷达系统的工作是否正常，提高了雷达系统工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明探测雷达二元端射阵的相位差值计算示意图。

具体实施方式

雷达系统的两个发射天线发射的信号在相同相位的情况下能够辐射出最大能量，因此需要监测两个发射天线辐射出信号的幅度和相位的偏差。以两通道为例，本发明的技术解决方案大概包括以下步骤：

1.求解相位

(1)分别采集两个发射天线发射的信号x₁(n)，x₂(n)；

(2)将信号x₁(n)，x₂(n)进行互相关处理，并将所有采样点相加，获得

(3)对x₂(n)进行一个采样时间1/fs的延时，延时后的信号与另一路通道x₁(n)进行互相关处理，并将所有采样点相加，获得

(4)将与相除，求解信号x₁(n)，x₂(n)的相位差。

2.求解幅度

(1)对信号x₁(n)，x₂(n)分别求平方；

(2)通过对信号相加求平均滤除高频项，求得幅度x₁(n)的幅度A1和x₂(n)的幅度A2。

以M序列截断的调频连续波为例，阐述具体的实施方式如下：

M序列截断的调频连续波(FMICW)发射信号由两部分组成，一部分为周期性的调频连续波，第二部分为周期性的M序列开关控制信号。两部分的表达式分别如式(1)和式(2)所示。其中式(2)中的CODE为m序列的表达式。发射信号S_T(t)中，调频连续波x(t)部分的表达式如式(1)所示，周期性的M序列开关控制信号g_T(t)部分的表达式如式(2)所示，最终的发射信号S_T(t)表达式如式(3)所示。

g_T(n)＝CODE(n-mT_p) (2)

S_T(n)＝x(n)·g_T(n) (3)

其中：f₀为中心频率；

n为采样点，采样率为f_s；

K为调频斜率，K＝B/T；

为信号初始相位；

A为信号幅度；

T为扫频周期；

T_P为M序列的周期；

k为周期序号。

设两通道信号分别为：

由于二次项非常小，可以忽略不计，g(n)是M序列截断信号，截断信号并不影响相位的值，因此理论推导时，两通道信号可简化为如下形式：

其中，和分别为两个通道信号的初始相位。

1.相位求解步骤如下：

(1)分别采集两个发射天线发射的信号x₁(n)，x₂(n)；

(2)将两信号直接点乘：

(3)低通滤波器滤掉高频项：

通过累计求和将上式中的高频项滤掉，剩下的就是项。

S(n)信号求平均，求平均后可抑制掉高频项，只剩下项：

对信号2进行延时，以上两个步骤只能得到的值，幅度和都未知。将其中一个通道的信号x₂(n)进行i个点的延时得到：

i为整数，且i≥1。将x₁与x₃再进行点乘，得到：

同理，对S₂(n)求平均，去掉高频项，得到

(4)联立方程，求解

将步骤(2)和步骤(3)得到的两方程联立得到：

两式相除，得到：

未知的点数N和信号幅度A₁A₂都抵消掉：

和都已知，则由上式可知：

得到

(5)求解

这样得到的的值，即为所求的两通道的相位差。

2.幅度求解步骤如下：

信号幅度的求解，以其中第一个通道的信号为例：

对信号进行采集，采集N个点，并求平方，得到:

其中，高频项可通过对信号相加求平均滤除。x²(n)求平

均后即可将高频项滤掉，只剩下那么所求幅度A(n)为：

$A_1=\sqrt{2\·\frac{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_1^2\left(\frac{n}{f_s}\right)}{N}}$

同样，通道2的幅度为：

$A_2=\sqrt{2\·\frac{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_2^2\left(\frac{n}{f_s}\right)}{N}}$

其中，f_s为采样率；

n为采样点；

N为采样点数；

A₁和A₂分别为通道1和通道2的幅度。

注：值要用M序列对应非0的值，N采样点个数，采样点为M序列中非0值。

通过两路幅度值的对比，监测发射功率并检测两路发射信号是否出现异常。当两台发射机同时工作时，当发射功率为100W时，两路信号幅度为-21dB左右，|A₁-A₂|≤3dB表示探测雷达工作正常，否则表示雷达工作异常，需检查雷达系统各部分是否出现异常；当发射功率为1000W时，两路信号幅度为-11dB左右，两路信号的幅度应满足|A₁-A₂|≤2dB，表示探测雷达工作正常，否则表示雷达工作异常。

本发明成功应用于船用超视距目标探测雷达，进行二元端射阵的幅相误差监测，基于该监测结果进行相位合成，相位合成后发射能量最高能够提高10dB左右，使发射能量达到最优状态。通过幅度监测结果可以实时监测发射信号是否出现异常，提高了雷达系统的可靠性。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种探测雷达二元端射阵的幅相实时监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)分别采集两个发射天线发射的信号x₁(n)，x₂(n)，其中n表示采样点；

(2)将信号x₁(n)，x₂(n)进行互相关处理，获得信号S₁(n)，并将S₁(n)所有采样点相加，获得其中N为采样点数；

(3)对信号x₂(n)进行i个采样时间的延时获得信号x₃(n)，i为整数，且i≥1；信号x₃(n)与信号x₁(n)进行互相关处理，获得信号S₂(n)，将S₂(n)所有采样点相加，获得

(4)利用与相除，求解信号x₁(n)和x₂(n)的相位差。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(4)中求解信号x₁(n)和x₂(n)的相位差的方法为：计算计算从而得到

其中和分别为信号x₁(n)，x₂(n)的初始相位，f₀为中心频率，f_s为采样率。

3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，还包括步骤(5)计算信号x₁(n)，x₂(n)的幅度值A1，A2。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，计算信号x₁(n)，x₂(n)的幅度值的具体方法为：

对采集得到的信号进行平方处理，通过相加求平均滤除高频项，求得幅度其中N为采样点个数，n为采样点。

5.根据权利要求3或4所述方法，其特征在于，还包括步骤(6)幅度值A1，A2，判断探测雷达是否工作正常，当发射功率为100W时，|A₁-A₂|≤3dB表示探测雷达工作正常；当发射功率为1000W时，|A₁-A₂|≤2dB，表示探测雷达工作正常。