CN111289950A - 一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法和装置，包括确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准；采用最小二乘法计算各通道的初相，确定待校准通道与参考通道的相位差；根据得到的相位差，完成待校准通道信号相位差异校准。本发明采用一种基于相关于最小二乘的方法，设计了信号多通道幅相特性分析计算和校准方法，该方法基于同一信号在各通道的信号采集数据，采用包络相关法计算得到信号幅度延时信息，通过最小二乘计算得到各通道信号的相位信息，并根据测量信息自动完成各个信号通道的幅相特性校准工作，实现各信号通道幅相特性的一致性。

Description

一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法和装置

技术领域

本发明属于信号通道校准技术领域，具体涉及一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法和装置。

背景技术

雷达作为现代化战争的有力武器，在航空、航天、电子战等领域中发挥着至关重要的作用。

随着微电子技术、计算机技术的高速发展，计算机速度的提高和存储空间的扩展，使得计算机模拟技术迅速发展起来。回波信号模拟器已在各种合成孔径雷达系统的研制、调试、测试和性能评估中获得了广泛的应用。国外有关雷达模拟器研究很多，有很多公司专门从事雷达模拟器研究。例如在欧洲空间局发射的地球资源卫星ERS-1和ERS-2，日本NASDA发射的日本地球资源卫星JERS-1和加拿大空间局发射的RadarSat卫星前，就使用回波模拟器对雷达进行了大量的测试，以验证雷达的性能。美国KORElectronics公司的数字化雷达环境模拟器，采用了VME总线结构和多处理器结构等最新的计算机和DSP技术，采用系统模块化设计，可以同时产生大量高度逼真的目标、杂波和干扰回波；美国Sensis公司为AN/TPS-59远距离警戒雷达研制的雷达环境模拟器由一台SolarisSpare-v2.6工作站和一组雷达模拟器设备组成。可以根据预先设定的雷达回波环境为AN/TPS-59雷达实时提供包含目标、杂波和电子对抗信息在内的射频信号，以满足雷达工程设计验证、测试和调试的需要。这些都是具有代表性的模拟器。从上面的例子可以看出，国外对雷达信号模拟器的研究做得比较全面，多采用软硬件相结合的设计方式，系统具有很强大的功能，涵盖范围广。模拟器幅相特性是影响半实物试验的重要因素之一。一般来说，回波信号模拟器通道幅相误差属于系统误差，可将其视为确定性误差进行建模分析。国内外关于幅相影响的研究及特性提取的方法已十分详尽，这里不再赘述。

另一方面，随着雷达系统和数字信号处理技术的发展，雷达系统的功能越来越多，系统的集成度越来越高，雷达拥有大量的射频收发通道，每路收发通道都拥有放大器、滤波器、混频器等模拟器件，而这些模拟器件固有的幅相误差，使得相控阵雷达各收发通道间的幅相一致性误差不可避免，从而造成相控阵天线收发波束的指向发生变化、收发波束展宽、副瓣增高、天线增益下降等一系列问题，进而导致相控阵雷达性能下降，甚至导致系统不能正常工作。因而，雷达收发通道幅相一致性误差校准是每部雷达都不可回避的问题。因此，需要对雷达发射、接收通道特性进行可靠、高精度的测试与分析，从而为雷达系统提供有力的综合保障。

对信号通道特性参数的测试校准工作，通常借助先进的仪器设备来完成测量，在通过数字移向和放大操作来实现通道校准。没有可靠的测量和校准，则不能获取正确的信息，更无法完成信息的传输与处理。测试常用的仪器有示波器、频谱分析仪、矢量网络分析仪等。高速数字示波器不能对多通道间幅相特性进行高精度测量，也无法完成单通道幅相线性测量；市场上主流的频谱分析仪，不能满足通道相频特性测试需求；矢量网络分析仪能够实现单通道幅相特性高精度测试，但是由于其通道数很少，无法满足对多通道接收机电路同时测量的需求；而软件仿真模拟电路，一般与实际电路差距很大，其测量结果仅能作为参考。此外，传统的测试方法要根据待测参数选用相应的测试仪器，对于有源器件需要外加电源和控制等辅助设备，甚至要额外搭建测试台，整个测试过程需要的测试仪器多、测试成本高、测试精度以及重复性测试无法保证等。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：基于多个信号通道幅相延时差异性测试与校准的难题，提出一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法和装置。

本发明采用以下技术方案：

一方面本发明提供一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，包括：确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准；

采用最小二乘法计算各通道的初相，确定待校准通道与参考通道的相位差；根据得到的相位差，完成待校准通道信号相位差异校准。

进一步地，采用最小二乘法计算待校准通道与参考通道的相位差的方法包括：采用最小二乘法计算各通道初相的方法如下：

确定通道信号数据对应初相的正弦值和余弦值，表达式如下：

X＝(H^TH)^-1H^TY

其中Y为相位于通道信号的原始值，X为一个二维向量，

X＝[x(1) x(2)]，其中x(1)为初相对应余弦值，x(2)为初相对应正弦值，

按照以下公式计算对应的通道信号的相位数据：

θ₀＝(tan^-1(x(2)/x(1)))*180/π，

再进一步地，采用解模糊算法确定对应时刻的相位值，phase表达式如下：

输出初相值

表达式为：

其中phase为对应时刻的相位值。

进一步地，确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时的方法包括：

对待校准通道信号进行包络幅度校准；

对完成包络幅度校准后待校准通道信号包络进行自相关粗延时计算以及利用插值计算精延时，将信号粗延时与精延时相加得到待校准通道相对于参考通道的精确延时。

再进一步地，对待校准通道信号进行包络幅度校准的方法包括：利用AD数字变换将接收到的参考通道和待校准通道的模拟信号采样量化为各通道数字信号，将各通道采集的数字信号做希尔伯特变换获得解析信号，对各通道的解析信号进行包络检波获得解析信号的幅度值；基于预先确定的幅度门限值进行检测；根据过门限的各通道信号的包络幅度，确定幅度校准系数，

将待校准通道的包络乘以幅度校准系数完成包络幅度校准。

再进一步地，对完成包络幅度校准后待校准通道信号包络进行自相关粗延时计算的方法如下：

通过扩展延拓操作将待校准通道和参考通道的信号序列长度调整为相同；

对参考通道扩展延拓后的序列直接进行快速傅里叶变换，对于待校准通道，先将扩展延拓后的信号包络序列进行翻转，对翻转后的包络延拓序列进行快速傅里叶变换；

将参考通道的傅里叶变换结果与校准通道的傅里叶变换结果依次相乘，并对相乘后的序列进行逆傅里叶变换，确定逆傅里叶变换后的序列的幅度序列；

找出逆傅里叶变换后序列幅度最大值对应的位置，并投影到下标投影序列上得到序列校准通道对应于参考通道的粗延时。

再进一步地，利用插值计算精延时的计算方法如下：

s0＝amp0(k-1)

s1＝amp0(k)

s2＝amp0(k+1)

其中s0、s1、s2为中间变量，amp0()为逆傅里叶变换后的幅度序列；k为幅度序列中最大幅度值对应的位置；fs为信号AD的采样率。

再进一步地，对待校准通道信号延时校准之前还包括对于待校准通道信号进行信号幅度校准，所述信号幅度校准的方法如下：

利用AD数字变换将接收到的参考通道和待校准通道的模拟信号采样量化为各通道数字信号，将各通道采集的数字信号做希尔伯特变换获得解析信号，对各通道的解析信号进行包络检波获得解析信号的幅度值；基于预先确定的幅度门限值进行检测；根据过门限的各通道信号的包络幅度，确定幅度校准系数，

将待检测通道的数字采样信号乘以幅度校准系数完成信号幅度校准。

第二方面，本发明提供一种基于相关与最小二乘的信号通道校准装置，其特征在于包括：信号延时校准模块和相位差异校准模块；

信号延时校准模块，用于确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准；

相位差异校准模块，用于采用最小二乘法计算各通道的初相，确定待校准通道与参考通道的相位差；根据得到的相位差，完成待校准通道信号相位差异校准。

第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上技术方案所提供的方法的步骤。

有益技术效果：

本发明采用一种基于相关于最小二乘的方法，设计了信号多通道幅相特性分析计算和校准方法，该方法基于同一信号在各通道的信号采集数据，采用包络相关法计算得到信号幅度延时信息，通过最小二乘计算得到各通道信号的相位信息，并根据测量信息自动完成各个信号通道的幅相特性校准工作，实现各信号通道幅相特性的一致性。本发明的方法不受信号参数(如信号频率、信号样式等)的限制，可以灵活修改系统参数参数，完成不同系统工作参数下多个信号通道的幅度延时和相位特性的校准工作，实现了对雷达多信号通道幅相特性的快速精确自动测试分析和校准，拓展了传统频谱分析仪在雷达领域的应用，使其适应日趋繁重的雷达信号测试任务，进一步提升与国外同类产品的竞争能力，大大减少对国外同类仪器及软件产品的依赖。

现代雷达接收机系统的发展要求新一代测试仪器朝着综合化、模块化、自动化以及网络化的方向发展。在同质化竞争和供大于求的全球市场环境下，更多的制造企业成为提供产品和知识的综合体。采用本发明的幅相延时校准方法所具备的开放性、灵活性以及可重构性的特点，给国内仪器事业带来新的发展契机。

附图说明

图1是本发明具体实施例提供的方法流程示意图；

图2是本发明具体实施例采集的不同通道校准参考信号时域图及局部放大图；

图3是本发明具体实施例采集的不同通道校准参考信号包络时域图及局部放大图；

图4是本发明具体实施例幅度延时校准后的两路信号时域图与局部放大图；

图5是本发明具体实施例幅度延时校准后的两路信号包络时域图与局部放大图；

图6是本发明具体实施例幅度延时相位校准后的两个信号通道号实部图与局部放大图；

图7是本发明具体实施例提供的方法流程示意图；

图8是本发明具体实施例提供的延时校准方法流程示意图；

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

采用本发明的方法，可以实现多个信号通道之间的幅相延时差异校准工作，以其中一个通道为参考通道，其余通道以此为基准，对其余各个通道采用本发明的方法进行通道校准，校准完成后，实现多个通道的幅相延时一致性。图1是本发明具体实施例提供的方法流程示意图；在图1中，仅以其中两个通道绘制本发明的实现流程，本发明的实现流程如下图所示：

一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，包括：

具体实现流程如下：

(1)AD数字变换模块将接收到的各通道模拟信号采样量化后，变成数字信号。

(2)将各通道采集的数字信号做希尔伯特变换，变成解析信号(复信号)。信号包括I之路和Q之路。

(3)对各通道的解析信号进行包络检波，即计算复信号的幅度值；具体计算公式如下：

其中I为信号实部，Q为信号虚部，Amp为信号幅度值。

(4)过门限检测：根据接收信号的幅度范围设定检测门限，门限值通常设定为当前接脉冲信号幅度最大值的0.2倍。根据过门限两个通道信号的最大值，计算幅度校准系数。

取各支路过门线的信号包络幅度的最大值，假定参考通道过门线信号包络幅度的最大值为Amp0_m，校准之路(信号通道2)信号包络的最大值为Amp1_m，则幅度校准系数为：Amp1_coef＝Amp1_m/Amp0_m。

(5)包络幅度校准：用(4)中求得的幅度校准系数Amp1_coef，对两个通道信号的包络进行校准，即将第二个信号通道的包络乘以校准系数Amp1_coef，使得第二个信号通道的信号包络幅度与参考信号通道包络幅度相同；

(6)信号幅度校准：AD后的信号通道二的数字采样信号乘以(4)中求得的校准系数Amp1_coef进行校准，使得第二个信号通道的信号幅度与参考信号通道幅度相同。

(7)包络自相关计算粗延时

计算相关系数时，为了提高计算实时性，本发明中采用快速傅里叶变换替代卷积运算，具体计算方法如下：

1)为了避免采用FFT计算卷积带来的叠加模糊问题，对计算输入的信号包络进行扩展延拓，即补零操作。假定参考通道过门线幅度包络长度为N₁，校准通道过门线包络长度为N₂，N＝max(N₁,N₂)，即取两个长度值的最大值，M＝2N-1,将每个包络序列后端进行补零，使得两个序列的长度均为M；

2)对参考通道延拓后的序列直接进行快速傅里叶变换，对于校准通道，先将延拓后的信号包络序列进行翻转，即第一个值与最后一个值对调，第二个与倒数第二个值对调，以此类推，然后对翻转后的包络延拓序列进行快速傅里叶变换；

3)将参考通道的傅里叶变换结果与校准通道的傅里叶变换结果依次相乘，并对相乘后的序列进行逆傅里叶变换，得到变换后的序列rxy，其幅度序列为amp0＝abs(rxy)；找出逆傅里叶变换后序列幅度最大值对应的位置，并投影到下标投影序列上，得到序列校准通道对应于参考通道的粗延时。其中下标投影序列为ind＝-N+1,-N+2......N+1，最大值对应的位置为k，下标投影计算得到位置k对应的投影序列值为H＝ind(k)，则粗延时的值为H/fs，其中fs为信号AD的采样率。

(8)插值计算精延时

根据(7)中步骤3)得到逆傅里叶变换后的幅度序列amp0，最大幅度值对应的位置为k，计算过程如下

s0＝amp0(k-1)

s1＝amp0(k)

s2＝amp0(k+1)

tc即为计算得到的精延时。

将信号粗延时与精延时相加，即得到校准通道相对于参考通道的

(9)信号延时校准

根据计算得到的精确延时，进行通道信号延时校准，校准过程如下：

校准信号为delay_just_signal＝e^-j2πtdt

校准后信号just_signal＝ifft(fft(signal)*delay_just_signal)，其中signal为校准通道幅度校准后的数字信号。

(10)最小二乘法计算相位差

延时校准完毕后，采用最小二乘法计算校准通道与参考通道的相位差，依次计算参考通道与校准通道的初相，计算过程如下：

A.构建相位与观测数据的数学模型

Y＝HX

其中相关定义如下：

Y＝[s(1)…s(n)]^T

Y表示对应的观测数据的原始值，若计算参考通道的初相，则该信号为参考通道的一段信号值，若计算校准通道，则该值为校准通道的一段数据，f₀为信号的频率值。

B.计算信号S的初相

按照如下公式计算数据对应的初相的正弦值和余弦值

X＝(H^TH)^-1H^TY

其中得到的X为一个二维向量，X＝[x(1)x(2)]，其中x(1)为初相对应余弦值，x(2)为初相对应正弦值；

C.计算对应信号初相

按照以下公式计算对应的相位数据

θ₀＝(tan^-1(x(2)/x(1)))*180/π

通过解模糊计算后得到对应时刻的相位值。解模糊算法如下：

由于信号经过翻转处理，此时需要对输出初相值进行校准

此时提取得到的初相记为

重复上述流程，依次计算得到参考通道与校准通道的初相值

和

计算得到两个通道的相位差

(11)相位差异校准

计算得到两个通道的相位差后，按照下式完成通道信号相位差异校准

其中just_signal为延时校准后的信号，signal_phase_just即为完成幅度、延时和相位校准的校准通道输出信号。

根据上述步骤即可完成通道信号的校准工作。

本发明的有益效果为：本发明的方法不受信号参数(如信号频率、信号样式等)的限制，计算复杂度低，易于硬件实现，计算速度快，可以灵活修改系统参数参数，完成不同系统工作参数下多个信号通道的幅度延时和相位特性的实时校准工作，实现了对雷达多信号通道幅相特性的快速精确自动测试分析和校准，拓展了传统频谱分析仪在雷达领域的应用，使其适应日趋繁重的雷达信号测试任务，进一步提升与国外同类产品的竞争能力，大大减少对国外同类仪器及软件产品的依赖。采用本发明的幅相延时校准方法所具备的开放性、灵活性以及可重构性的特点，给国内仪器事业带来新的发展契机。

相关实验表明，采用本发明提供的方法，能有效解决雷达模拟器多个信号通道的幅相延时差异特性、现代雷达多个发射通道和多个雷达接收通道的幅度相位延时特性的快速实时测量校准工作，该方法具有较高的计算校准精度和较好的实时性，并具有一定的信噪比适应性，即使是在信噪比相对较低的模拟系统中，也能够实时多通道幅度延时相位的精确测量与校准，有效的解决了上述工程难题。采用该发明的架构，对仿真实验系统以及现代雷达的校准工作具有重要意义，能够推动仿真实验的发展，加快各项设备的实验进程和精度，对加快国家军队现代化建设具有重要意义。

以下采用某次仿真实验中，采用本发明的幅相校准方法完成通道之间的幅相延时特性差异校准，通过实验过程来说明本发明的实现，相关实验数据分析说明该发明的使用流程及有益效果。由于多通道的校准与双通道类似，均以其中一个通道为参考，剩下通道以此为基准校准，所以下面仅介绍其中两个信号通道的校准过程。

多通道信号系统工作参数：

工作频率：250MHz(后续处理中经过下变频处理)

系统信号采样率：1000MHz

信号样式：等载频脉冲

校准信号样本点数：6000；

多通道系统信噪比：约25dB

系统校准及实验结果如下：

在系统通道校准过程中，将校准信号通过功分器，分成多路校准信号，送到各个信号通道中，对经过各通道的信号进行采集，作为校准参考信号，实现各信号通道的幅相延迟特性校准。

(1)采集的校准参考信号

由图2和图3可知，由于不同通道的器件特性，使得同一测试信号通过不同信号通道后，幅度、延时、相位均存在一定的差异。

(2)幅度延时校准

采用本发明的方法，计算参考信号的幅度差异和延时差异。其中幅度差异有包络均值对比容易得到，采用包络相关和多项式插值法计算得到高精度延时差异值，并对幅度延时进行补偿。幅度差异容易得到，对于延时信息，采用本发明的方法，能得到由于0.1ns的延时精度。对于上述实验信号，采用本发明的方法，计算得到延时为1.416428077101513e-08s，即14.164280771ns。用该延时值对通道2信号进行补偿，结果如图4和图5所示，由图4和图5可知，采用本发明的方法进行幅度和延时校准，具有较高的精度，幅度延时校准后，两个信号的包络基本能够等效。

(3)相位差异校准

由(2)中校延时幅度校准后的值可以看出，通过延时幅度校准后，信号的包络基本等效，而由信号的实部图可以看出，信号并不能够重合，信号的初相存在一定的差异，需要求解不同信号通道差异带来的相位误差，并对相位误差进行补偿。采用本发明的方法，对不同通道带来的相位误差进行求解，具有较高的求解精度。在本次实验中，采用本发明的方法，积累200个样本点计算一次相位差，得到的相位差为：-2.413519811395667e+02°，即信号通道二与信号通道一初相误差为-241.35198°。求解得到相位误差后，对信号通道的相位差异性进行补偿，补偿后结果如图6所示。

由仿真实验结果可知，采用本发明提供的方法，能有效解决雷达模拟器多个信号通道的幅相延时差异特性、现代雷达多个发射通道和多个雷达接收通道的幅度相位延时特性的快速实时测量校准工作，该方法具有较高的计算校准精度和较好的实时性，并具有一定的信噪比适应性，即使是在信噪比相对较低的多通道系统中，也能够实时多通道幅度延时相位的精确测量与校准，有效的解决了上述工程难题。

本发明的方法不受信号参数(如信号频率、信号样式等)的限制，计算复杂度低，易于硬件实现，计算速度快，可以灵活修改系统参数参数，完成不同系统工作参数下多个信号通道的幅度延时和相位特性的实时校准工作，实现了对雷达多信号通道幅相特性的快速精确自动测试分析和校准，拓展了传统频谱分析仪在雷达领域的应用，使其适应日趋繁重的雷达信号测试任务，进一步提升与国外同类产品的竞争能力，大大减少对国外同类仪器及软件产品的依赖。采用本发明的幅相延时校准方法所具备的开放性、灵活性以及可重构性的特点，给国内仪器事业带来新的发展契机。采用该发明的架构，对仿真实验系统以及现代雷达的校准工作具有重要意义，能够推动仿真实验的发展，加快各项设备的实验进程和精度，对加快国家军队现代化建设具有重要意义。

实施例二：一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，本实施例的方法流程图如图7所示，包括：

确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准；

采用最小二乘法计算各通道的初相，确定待校准通道与参考通道的相位差；根据得到的相位差，完成待校准通道信号相位差异校准。在该实施例中，可采用现有技术确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准。这里不做详细介绍。

在以上实施例的基础上，采用最小二乘法计算待校准通道与参考通道的相位差的方法包括：采用最小二乘法计算各通道初相的方法如下：

确定通道信号数据对应初相的正弦值和余弦值，表达式如下：

X＝(H^TH)^-1H^TY

其中Y为相位于通道信号的原始值，X为一个二维向量，X＝[x(1) x(2)]，其中x(1)为初相对应余弦值，x(2)为初相对应正弦值，

按照以下公式计算对应的相位数据：

θ₀＝(tan^-1(x(2)/x(1)))*180/π，

输出初相值

表达式为：

其中phase为对应时刻的相位值。

在以上实施例的基础上，采用解模糊算法确定对应时刻的相位值，phase表达式如下：

在以上实施例的基础上，确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时的方法(如图8所示)包括：

对待校准通道信号进行包络幅度校准和信号幅度校准；

对完成包络幅度校准后待校准通道信号包络进行自相关粗延时计算以及利用插值计算精延时，将信号粗延时与精延时相加得到待校准通道相对于参考通道的精确延时。

在以上实施例的基础上，利用AD数字变换将接收到的参考通道和待校准通道的模拟信号采样量化为各通道数字信号，将各通道采集的数字信号做希尔伯特变换获得解析信号，对各通道的解析信号进行包络检波获得解析信号的幅度值；基于预先确定的幅度门限值进行检测；根据过门限的各通道信号的包络幅度，确定幅度校准系数，

将待校准通道的包络乘以幅度校准系数完成包络幅度校准；

将待检测通道的数字采样信号乘以幅度校准系数完成信号幅度校准。

在以上实施例的基础上，对完成包络幅度校准后待校准通道信号包络进行自相关粗延时计算的方法如下：

通过扩展延拓操作将待校准通道和参考通道的信号序列长度调整为相同；

对参考通道扩展延拓后的序列直接进行快速傅里叶变换，对于待校准通道，先将扩展延拓后的信号包络序列进行翻转，对翻转后的包络延拓序列进行快速傅里叶变换；

将参考通道的傅里叶变换结果与校准通道的傅里叶变换结果依次相乘，并对相乘后的序列进行逆傅里叶变换，确定逆傅里叶变换后的序列的幅度序列；

找出逆傅里叶变换后序列幅度最大值对应的位置，并投影到下标投影序列上得到序列校准通道对应于参考通道的粗延时。

具体地，计算相关系数时，为了提高计算实时性，本发明中采用快速傅里叶变换替代卷积运算，具体计算方法如下：

1)为了避免采用FFT计算卷积带来的叠加模糊问题，对计算输入的信号包络进行扩展延拓，即补零操作。假定参考通道过门线幅度包络长度为N₁，校准通道过门线包络长度为N₂，N＝max(N₁,N₂)，即取两个长度值的最大值，M＝2N-1,将每个包络序列后端进行补零，使得两个序列的长度均为M；

2)对参考通道延拓后的序列直接进行快速傅里叶变换，对于校准通道，先将延拓后的信号包络序列进行翻转，即第一个值与最后一个值对调，第二个与倒数第二个值对调，以此类推，然后对翻转后的包络延拓序列进行快速傅里叶变换；

3)将参考通道的傅里叶变换结果与校准通道的傅里叶变换结果依次相乘，并对相乘后的序列进行逆傅里叶变换，得到变换后的序列rxy，其幅度序列为amp0＝abs(rxy)；找出逆傅里叶变换后序列幅度最大值对应的位置，并投影到下标投影序列上，得到序列校准通道对应于参考通道的粗延时。其中下标投影序列为ind＝-N+1,-N+2......N+1，最大值对应的位置为k，下标投影计算得到位置k对应的投影序列值为H＝ind(k)，则粗延时的值为H/fs，其中fs为信号AD的采样率。

根据得到逆傅里叶变换后的幅度序列amp0，最大幅度值对应的位置为k，利用插值计算精延时的计算方法如下：

s0＝amp0(k-1)

s1＝amp0(k)

s2＝amp0(k+1)

其中s0、s1、s2为中间变量，amp0()为逆傅里叶变换后的幅度序列；k为幅度序列中最大幅度值对应的位置；fs为信号AD的采样率。

将信号粗延时与精延时相加，即得到校准通道相对于参考通道的

根据计算得到的精确延时，进行通道信号延时校准，校准过程如下：

校准信号为delay_just_signal＝e^-j2πtdt

校准后信号just_signal＝ifft(fft(signal)*delay_just_signal)，其中signal为校准通道幅度校准后的数字信号。

另一个实施例提供了：一种基于相关与最小二乘的信号通道校准装置，其特征在于包括：信号延时校准模块和相位差异校准模块；

信号延时校准模块，用于确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准；

相位差异校准模块，用于采用最小二乘法计算各通道的初相，确定待校准通道与参考通道的相位差；根据得到的相位差，完成待校准通道信号相位差异校准。

需要说明地是，该实施例中各个模块实现所述功能地具体方法如上述技术方案相同，再次不在赘述。

本发明为一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，该方法主要用于雷达多通道模拟器或雷达多个发射、接收通道中幅相特性差异的测量与校准工作，解决由于设备通道各支路电路所选器件的不一致性、雷达工作环境变化等因素的影响造成的各通道幅相特性差异带来的设备可靠性、精确性降低的难题，采用一种基于相关与最小二乘的方法实现不同信号通道的幅相特性差异的快速精确测量与精确校准，从而为雷达系统提供有力的综合保障。

另一个实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上技术方案提供的任一项所述方法的步骤。

该方法能够在不受系统工作参数限制的条件下，快速实现不同信号通道的幅相延时特性差异的快速精确测量与精确校准，从而为雷达系统提供有力的综合保障。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，包括：

确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准；

采用最小二乘法计算各通道带来的初相，确定待校准通道与参考通道的相位差；根据得到的相位差，完成待校准通道信号相位差异校准。

2.根据权利要求1所述的一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，采用最小二乘法计算待校准通道与参考通道的相位差的方法包括：采用最小二乘法计算各通道初相的方法如下：

确定通道信号数据对应初相的正弦值和余弦值，表达式如下：

X＝(H^TH)^-1H^TY

其中Y为相位于通道信号的原始值，X为一个二维向量，X＝[x(1) x(2)]，其中x(1)为初相对应余弦值，x(2)为初相对应正弦值，

按照以下公式计算对应通道信号数据的相位数据：

θ₀＝(tan^-1(x(2)/x(1)))*180/π。

3.根据权利要求2所述的一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，采用解模糊算法确定对应时刻的相位值，phase表达式如下：

输出初相值

表达式为：

其中phase为上式计算得到的相位值。

4.根据权利要求1所述的一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时的方法包括：

对待校准通道信号进行包络幅度校准；

对完成包络幅度校准后待校准通道信号包络进行自相关粗延时计算以及利用插值计算精延时，将信号粗延时与精延时相加得到待校准通道相对于参考通道的精确延时。

5.根据权利要求4所述的一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，对待校准通道信号进行包络幅度校准的方法包括：利用AD数字变换将接收到的参考通道和待校准通道的模拟信号采样量化为各通道数字信号，将各通道采集的数字信号做希尔伯特变换获得解析信号，对各通道的解析信号进行包络检波获得解析信号的幅度值；基于预先确定的幅度门限值进行检测；根据过门限的各通道信号的包络幅度，确定幅度校准系数，

将待校准通道的包络乘以幅度校准系数完成包络幅度校准。

6.根据权利要求4所述的一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，对完成包络幅度校准后待校准通道信号包络进行自相关粗延时计算的方法如下：

通过扩展延拓操作将待校准通道和参考通道的信号序列长度调整为相同；

对参考通道扩展延拓后的序列直接进行快速傅里叶变换，对于待校准通道，先将扩展延拓后的信号包络序列进行翻转，对翻转后的包络延拓序列进行快速傅里叶变换；

将参考通道的傅里叶变换结果与校准通道的傅里叶变换结果依次相乘，并对相乘后的序列进行逆傅里叶变换，确定逆傅里叶变换后的序列的幅度序列；

找出逆傅里叶变换后序列幅度最大值对应的位置，并投影到下标投影序列上得到序列校准通道对应于参考通道的粗延时。

7.根据权利要求6所述的一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，利用插值计算精延时的计算方法如下：

s0＝amp0(k-1)

s1＝amp0(k)

s2＝amp0(k+1)

其中s0、s1、s2为中间变量，amp0()为逆傅里叶变换后的幅度序列；k为幅度序列中最大幅度值对应的位置；fs为信号AD的采样率。

8.根据权利要求1所述的一种基于相关与最小二乘的信号通道校准方法，其特征在于，对待校准通道信号延时校准之前还包括对于待校准通道信号进行信号幅度校准，所述信号幅度校准的方法如下：

利用AD数字变换将接收到的参考通道和待校准通道的模拟信号采样量化为各通道数字信号，将各通道采集的数字信号做希尔伯特变换获得解析信号，对各通道的解析信号进行包络检波获得解析信号的幅度值；基于预先确定的幅度门限值进行检测；根据过门限的各通道信号的包络幅度，确定幅度校准系数，

将待检测通道的数字采样信号乘以幅度校准系数完成信号幅度校准。

9.一种基于相关与最小二乘的信号通道校准装置，其特征在于包括：信号延时校准模块和相位差异校准模块；

信号延时校准模块，用于确定待校准通道相对于预先选定的参考通道之间的传输延时，根据得到的传输延时，完成待校准通道信号延时校准；

相位差异校准模块，用于采用最小二乘法计算各通道的初相，确定待校准通道与参考通道的相位差；根据得到的相位差，完成待校准通道信号相位差异校准。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

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