CN109100694A - 一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，包括：构建雷达在线零距实时标校系统；对中频发射信号进行快速傅里叶变换；对驻波信号进行快速傅里叶变换，并计算群时延；零距标校。该方法通过中频信号生成与处理模块生成中频发射信号，上变频模块、功率放大模块和天线模块对中频数字信号进行上变频、功率放大后，射频发射信号大部分能量空馈至外部空间，其余能量以驻波的形式经过中频接收模块的下变频和滤波后，返回数字中频信号生成与处理模块，对驻波信号进行数字处理和群时延估计后，可以实时对雷达零距进行标校。该系统公式计算简单，能够进行实时计算，满足工程应用的要求。

Description

一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法
技术领域
本发明涉及一种实时标校方法，特别是一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法。
背景技术
以往雷达的接收微波电路存在色散性和温漂性，随着时间、环境温度等的变化，接收通道的群时延特性会随之变化，特别是弹载主动宽带雷达，群时延的变化会导致雷达的测距存在误差，需要进行实时标校。
专利号为CN201711429046.5、名称为“一种基于毫米波测云雷达的实时在线标校方法”的专利中记载，该基于毫米波测云雷达的实时在线标校方法，首先依据硬件原理框图和软件流程图完成系统工作基础搭建，然后在系统工作时对发射模块功率和接受通道增益进行实时测量标校，最后在每天零点时刻完成一次系统内部标校源标校，同时上报状态检测结果，实时监测系统状态。该发明采用了一种简单、低成本的方案，解决了以往标校需要大量资源的问题。
但在具体应用过程中，该发明由于硬件较多，使得报错率有所增加，又由于周期为一个自然日，使得实时效果有所折扣。
发明内容
为了解决上述技术问题或者之一，本发明提供了一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法。
本发明提供的是一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，包括：
步骤1，构建雷达在线零距实时标校系统；
步骤2，对中频发射信号进行快速傅里叶变换；
步骤3，对驻波信号进行快速傅里叶变换，并计算群时延；
步骤4，零距标校。
优选地，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统，其功能是在对天线驻波信号进行数字处理和群时延估计，通过标校后的群时延参数实时标校雷达零距。
优选地，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统，包括：中频信号生成与处理模块、上变频模块、功率放大模块、天线模块和中频接收模块。
优选地，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，中频信号生成与处理模块(1)产生雷达中频发射信号，并对接收到的雷达驻波信号进行群时延估计以及实时标校雷达零距。
优选地，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，上变频模块(2)将雷达中频发射信号进行上变频和滤波，产生射频发射信号。
优选地，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，功率放大模块(3)对射频发射信号进行功率放大；
天线模块(4)将射频信号以电磁场的形式空馈入外部空间，同时部分能量以驻波的形式返回雷达内部。
优选地，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，中频接收模块(5)将射频信号下变频、滤波处理后，转化为中频信号。
优选地，所述步骤2中设雷达中频发射信号为线性调频信号，其离散形式可以表示为：
其中，f0为中频频率，B为信号带宽，T为信号脉宽，Ts为采样间隔；
设中频信号采样点数为N，则对s0(n)求NFFT点快速傅里叶变换，结果为：
S0(f)＝FFT(s0(n),NFFT)
其中，
式中表示向上取整。
优选地，所述步骤3中，对驻波信号进行快速傅里叶变换，并计算群时延；
设驻波信号为sr(n)，则其快速傅里叶变换可以表示为：
Sr(f)＝FFT(sr(n),NFFT)
计算S0(f)与Sr(f)共轭的乘积S，得到：
其中，*表示共轭运算；
通过atan2函数计算S的相位，angle(S)取值范围为[-π,π]，单位为弧度：
angle(S)＝atan2(imag(S),real(S))
对angle(S)相位周期跳变点进行处理，使得其取值连续变化，得到b(n)，方法可参考如下算法：
令a(n)＝b(n)＝angle(S)，n＝1,2,…,NFFT；
Flag＝0；
For i＝2to NFFT
If(|a(n)–a(n-1)|>6.2)
Flag＝Flag+1；
End(If)
b(n)＝a(n)+i*Flag*2*π；
End(For)
令x(n)与y(n)为：
y(n)＝b(n)
以x(n)为横坐标，y(n)为纵坐标，对y(n)进行一次线性拟合，得到斜率k即为群时延τ。
优选地，所述步骤4中，设雷达测距结果为Rm，则经过群时延标校后的测距结果R为：
其中，c为光速。
综上所述，采用上述技术方案，本发明具有简单、低成本的优点，解决了以往标校需要大量资源的问题。实现了利用驻波反射的雷达在线零距实时标校。此技术经过实践检验，有效解决了目前雷达由于接收通道群时延变化引起的测距误差的问题。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法的实现示意图。
其中，1为中频信号生成与处理模块，2为上变频模块，3为功率放大模块，4为天线模块，5为中频接收模块。
具体实施方式
下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
图1为本发明的一个实施例的一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法的实现示意图。
其中，1为中频信号生成与处理模块，2为上变频模块，3为功率放大模块，4为天线模块，5为中频接收模块。
本发明的一个实施例的一种利用驻波反射的雷达在线零距实
时标校方法具体步骤为：
第一步，构建雷达在线零距实时标校系统。
雷达在线零距实时标校系统，其功能是在对天线驻波信号进行数字处理和群时延估计，通过标校后的群时延参数实时标校雷达零距，整个系统包括：中频信号生成与处理模块(1)、上变频模块(2)、功率放大模块(3)、天线模块(4)和中频接收模块(5)。
中频信号生成与处理模块(1)的功能为：产生雷达中频发射信号，并对接收到的雷达驻波信号进行群时延估计以及实时标校雷达零距。
上变频模块(2)的功能为：将雷达中频发射信号进行上变频和滤波，产生射频发射信号。
功率放大模块(3)的功能为：对射频发射信号进行功率放大。
天线模块(4)的功能为：将射频信号以电磁场的形式空馈入外部空间，同时部分能量以驻波的形式返回雷达内部。
中频接收模块(5)的功能为：将射频信号下变频、滤波处理后，转化为中频信号。
第二步，对中频发射信号进行快速傅里叶变换。
假设雷达中频发射信号为线性调频信号，其离散形式可以表示为：
其中，f0为中频频率，B为信号带宽，T为信号脉宽，Ts为采样间隔。
假设中频信号采样点数为N，则对s0(n)求NFFT点快速傅里叶变换，结果为：
S0(f)＝FFT(s0(n),NFFT)
其中，
式中表示向上取整。
第三步，对驻波信号进行快速傅里叶变换，并计算群时延。
假设驻波信号为sr(n)，则其快速傅里叶变换可以表示为：
Sr(f)＝FFT(sr(n),NFFT)
计算S0(f)与Sr(f)共轭的乘积S，得到：
其中，*表示共轭运算。
通过atan2函数计算S的相位，angle(S)取值范围为[-π,π]，单位为弧度：
angle(S)＝atan2(imag(S),real(S))
对angle(S)相位周期跳变点进行处理，使得其取值连续变化，得到b(n)，方法可参考如下算法：
令a(n)＝b(n)＝angle(S)，n＝1,2,…,NFFT；
Flag＝0；
For i＝2to NFFT
If(|a(n)–a(n-1)|>6.2)
Flag＝Flag+1；
End(If)
b(n)＝a(n)+i*Flag*2*π；
End(For)
令x(n)与y(n)为：
y(n)＝b(n)
以x(n)为横坐标，y(n)为纵坐标，对y(n)进行一次线性拟合，得到斜率k即为群时延τ。
第四步，零距标校。
假设雷达测距结果为Rm，则经过群时延标校后的测距结果R为：
其中，c为光速。
至此实现了利用驻波反射的雷达在线零距实时标校。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，包括：
步骤1，构建雷达在线零距实时标校系统；
步骤2，对中频发射信号进行快速傅里叶变换；
步骤3，对驻波信号进行快速傅里叶变换，并计算群时延；
步骤4，零距标校。
2.按照权利要求1所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统，其功能是在对天线驻波信号进行数字处理和群时延估计，通过标校后的群时延参数实时标校雷达零距。
3.按照权利要求1所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统，包括：中频信号生成与处理模块、上变频模块、功率放大模块、天线模块和中频接收模块。
4.按照权利要求3所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，中频信号生成与处理模块(1)产生雷达中频发射信号，并对接收到的雷达驻波信号进行群时延估计以及实时标校雷达零距。
5.按照权利要求4所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，上变频模块(2)将雷达中频发射信号进行上变频和滤波，产生射频发射信号。
6.按照权利要求5所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，功率放大模块(3)对射频发射信号进行功率放大；
天线模块(4)将射频信号以电磁场的形式空馈入外部空间，同时部分能量以驻波的形式返回雷达内部。
7.按照权利要求6所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤1中的雷达在线零距实时标校系统中，中频接收模块(5)将射频信号下变频、滤波处理后，转化为中频信号。
8.按照权利要求1所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤2中设雷达中频发射信号为线性调频信号，其离散形式可以表示为：
其中，f0为中频频率，B为信号带宽，T为信号脉宽，Ts为采样间隔；
设中频信号采样点数为N，则对s0(n)求NFFT点快速傅里叶变换，结果为：
S0(f)＝FFT(s0(n),NFFT)
其中，
式中表示向上取整。
9.按照权利要求1所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤3中，对驻波信号进行快速傅里叶变换，并计算群时延；
设驻波信号为sr(n)，则其快速傅里叶变换可以表示为：
Sr(f)＝FFT(sr(n),NFFT)
计算S0(f)与Sr(f)共轭的乘积S，得到：
其中，*表示共轭运算；
通过atan2函数计算S的相位，angle(S)取值范围为[-π,π]，单位为弧度：
angle(S)＝atan2(imag(S),real(S))
对angle(S)相位周期跳变点进行处理，使得其取值连续变化，得到b(n)，方法可参考如下算法：
令a(n)＝b(n)＝angle(S)，n＝1,2,…,NFFT；
Flag＝0；
For i＝2 to NFFT
If(|a(n)–a(n-1)|>6.2)
Flag＝Flag+1；
End(If)
b(n)＝a(n)+i*Flag*2*π；
End(For)
令x(n)与y(n)为：
y(n)＝b(n)
以x(n)为横坐标，y(n)为纵坐标，对y(n)进行一次线性拟合，得到斜率k即为群时延τ。
10.按照权利要求1所述的利用驻波反射的雷达在线零距实时标校方法，其特征在于，所述步骤4中，设雷达测距结果为Rm，则经过群时延标校后的测距结果R为：
其中，c为光速。
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