CN110531329B - 一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法 - Google Patents

一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，其步骤为：步骤S1：检测各通道中直耦波位置；步骤S2：确定参考通道及参考通道中基准时刻；步骤S3：计算各通道时延误差；步骤S4：通过补零或截断的方法对步骤S3中得出的误差作适应性补偿；步骤S5：所有通道做一致性误差补偿，补偿直耦波传播误差。本发明具有能够提高调试效率、适用范围广等优点。

Description

一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法
技术领域
本发明主要涉及到搜索救援雷达领域，特指一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法。
背景技术
穿墙雷达凭借强穿透性和高分辨率在城市反恐维稳过程中发挥了重要作用。与传统单通道穿墙雷达相比，多通道穿墙雷达具有分辨率高、检测灵敏、成像灵活等优势，成为当前穿墙雷达的主要研究方向。但多通道雷达信号处理比单通道雷达更复杂，其中一个主要问题就是：各通道之间因为器件性能差异和传输线物理尺寸差异，导致各通道信号传输延时不同。这种延时误差将导致目标成像后偏离实际位置。因此，在雷达后续处理前必须对各通道误差校正。
现有多通道穿墙雷达对于多通道时延误差造成的目标轨迹偏移通常采取目标实测——偏移量反推通道误差——误差补偿方法，重复以上步骤直至目标轨迹偏移量小于误差容限值，以此实现各通道之间的误差。该方法一般需要人工重复多次目标轨迹实测才可以实现各通道之间的误差校正，效率较低、实际工作量大，限制了多通道穿墙雷达装备的生产能力，加大了装备生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够提高调试效率、适用范围广的用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，其步骤为：
步骤S1：检测各通道中直耦波位置；
步骤S2：确定参考通道及参考通道中基准时刻；
步骤S3：计算各通道时延误差；
步骤S4：通过补零或截断的方法对步骤S3中得出的误差作适应性补偿；
步骤S5：所有通道做一致性误差补偿，补偿直耦波传播误差。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S1中，分别在各通道回波中搜寻直耦波位置，以回波中最大点位置作为直耦波位置。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S2中选取参考通道，是以通道中直耦波位置作为时刻，以距离发射天线最近的接收通道作为参考通道。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S3中，通过步骤S1中检测到的各通道直耦波位置以及根据各通道相对位置计算出的延时，以参考通道中直耦波位置为基准，确定各通道的延时误差。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S3中，各通道直耦波延时模型为：
Figure BDA0002214784040000021
即通过在各通道搜索直耦波位置可以得知tdelay_m，通过计算各通道相对发射天线位置可以确定Δtm，因此可以推出各通道误差εm。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S4中，当计算出εm≤0时，对回波起始位置补零相应位数，结束位置舍弃相应位数数据；当εm>0时，回波起始位置截断舍弃相应位，结束位置处补零，至此所有通道调整到统一时基标准上。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S5中，分析参考通道上耦合波传播时延，对所有通道进行该时延校正。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，为一种基于直耦波检测的多通道误差自校正方法，该方法可避免重复性实测校正的低效率弊病，通过雷达信号处理的方式，实现雷达自主校正各通道之间误差，不再需要人为操作，自主高效。
2、本发明的用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，雷达信号处理系统自主完成多通道时延误差校正，不需要通过人工实测目标做通道误差校正，大幅提高多通道穿墙雷达生产调试效率，满足大批量生产需求。而且本发明是普遍适用的，可广泛用于雷达生命探测仪、复合型搜救雷达等其他多通道雷达的误差校正，实现雷达自主检测通道误差和适应性调整。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是四通道穿墙雷达模型示意图。
图3是含有目标和直耦波的多通道雷达回波示意图。
图4是存在通道误差时多通道雷达回波示意图。
图5是未做通道校正状态下雷达实测回波示意图。
图6是使用本发明校正后雷达实测回波示意图。
图7是未校正条件下目标轨迹偏离实测示意图。
图8是使用本发明校正后目标轨迹实测示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，其步骤为：
步骤S1：检测各通道中直耦波位置。
即：分别在各通道回波中搜寻直耦波位置，以回波中最大点位置作为直耦波位置。
因直耦波是从发射天线处直接耦合至各接收天线的，而探测范围内各目标反射的电磁波属于二次反射，信号幅度远小于直耦波。
步骤S2：确定参考通道及参考通道中基准时刻；
即：选取参考通道。以通道中直耦波位置作为时刻，以距离发射天线最近的接收通道作为参考通道。
步骤S3：计算各通道时延误差。
即：通过步骤S1中检测到的各通道直耦波位置以及根据各通道相对位置计算出的延时，以参考通道中直耦波位置为基准，确定各通道的延时误差；
各通道直耦波延时模型为：
Figure BDA0002214784040000041
式中，lm表示第m个通道接收天线与发射天线之间的距离，c表示电磁波在空气中传播速度即光速，Δtm表示第m个通道相对于发射天线由于空间距离造成的延时。εm表示由于各通道器件差异导致的差异性时延误差，tdelay_m表示第m个通道回波上直耦波延时量，该延时量由两部分组成即通道内部器件响应延迟和接收天线空间差异引起的延时两部分组成。
具体自校正方法是：通过在各通道搜索直耦波位置可以得知tdelay_m；根据系统设计的各通道相对发射天线位置可以确定Δtm，按照上式推出各通道误差εm。
步骤S4：通过补零或截断的方法对步骤S3中得出的误差作适应性补偿。
当计算出εm≤0时，对回波起始位置补零相应位数，结束位置舍弃相应位数数据；当εm>0时，回波起始位置截断舍弃相应位，结束位置处补零。至此所有通道调整到统一时基标准上。
步骤S5：所有通道做一致性误差补偿，补偿直耦波传播误差；即，分析参考通道上耦合波传播时延，对所有通道进行该时延校正。
如图2所示，为多通道穿墙雷达示意图，该实施例为一发四收模式，即四通道雷达。发射天线位于中间位置，左右等间距分布四个接收通道。
如图3所示，为四通道穿墙雷达回波示意图，可以看到每个通道回波的起始端有一个较大的信号，即从发射机直接耦合到接收通道的直耦波。假设探测区域内只有一个目标，即图中所示小波峰。雷达通过目标在各个通道不同时延确定目标的三维位置信息，因此初始端时基必须对准，否则测量出的延时会存在偏差，进而导致定位误差。
如图4所示，为四通道穿墙雷达存在通道误差时的回波示意图。假设通道D存在一个通道延迟误差εD，为更清晰表示通道误差对最终探测的影响，本示意图中将通道误差有意放大，实际中由于通道器件差异和传输线物理尺寸差异导致的通道误差会比较小。可以看出由于通道误差的存在，相当于在回波起始端插入了一段空白数据，导致回波整体延迟。可以看出目标回波与真实位置产生了一段移位，当多道回波做目标定位成像时，这种时延误差会产生定位误差，同时影响成像聚焦能力。
如图5所示，为两通道穿墙雷达未校正状态下回波实测图。按照图1中步骤S1从数据起始端搜索最大值位置，左通道直耦波位于第50个采样点处，右通道直耦波位于第40个采样点处。以右通道为参考通道时，计算出左通道的通道延时误差是10个采样点。
如图6所示，为图5回波经过本发明的方法进行校正后的回波实测图，可以看到经过校正后右通道直耦波位置与左通道完全一致，即完成了通道误差校正。
如图7所示，为两通道穿墙雷达未校正状态下目标轨迹实测图。实验目标沿着雷达中线作径向往返运动，可以看到虽然目标沿雷达探测方向径向运动，但定位出的轨迹偏向了右通道，与目标实际运动情况差异显著。
如图8所示，为两通道穿墙雷达经过本方法校正后目标轨迹实测图。经过本发明的方法后，雷达装备定位的目标轨迹与实际运动轨迹一致，两通道之间的延迟误差完全校正。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，其特征在于，步骤为：
步骤S1：检测各通道中直耦波位置；
步骤S2：确定参考通道及参考通道中基准时刻；具体为：是以通道中直耦波位置作为时刻，以距离发射天线最近的接收通道作为参考通道；
步骤S3：计算各通道时延误差；具体为：通过步骤S1中检测到的各通道直耦波位置以及根据各通道相对位置计算出的延时，以参考通道中直耦波位置为基准，确定各通道的延时误差；各通道直耦波延时模型为：
Figure FDA0004110308680000011
即通过在各通道搜索直耦波位置可以得知tdelay_m，通过计算各通道相对发射天线位置可以确定Δtm，因此可以推出各通道误差εm；
步骤S4：通过补零或截断的方法对步骤S3中得出的误差作适应性补偿；
步骤S5：所有通道做一致性误差补偿，补偿直耦波传播误差。
2.根据权利要求1所述的用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，其特征在于，在所述步骤S1中，分别在各通道回波中搜寻直耦波位置，以回波中最大点位置作为直耦波位置。
3.根据权利要求1所述的用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当计算出εm≤0时，对回波起始位置补零相应位数，结束位置舍弃相应位数数据；当εm>0时，回波起始位置截断舍弃相应位，结束位置处补零，至此所有通道调整到统一时基标准上。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于冲激脉冲式穿墙雷达的多通道误差自校正方法，其特征在于，在所述步骤S5中，分析参考通道上耦合波传播时延，对所有通道进行该时延校正。
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