CN111896913A - 高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置 - Google Patents

高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111896913A
CN111896913A CN202010647031.1A CN202010647031A CN111896913A CN 111896913 A CN111896913 A CN 111896913A CN 202010647031 A CN202010647031 A CN 202010647031A CN 111896913 A CN111896913 A CN 111896913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
amplitude
monopole
spectral
alpha
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010647031.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111896913B (zh
Inventor
周浩
何书芹
王才军
文必洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN202010647031.1A priority Critical patent/CN111896913B/zh
Publication of CN111896913A publication Critical patent/CN111896913A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111896913B publication Critical patent/CN111896913B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S2013/462—Indirect determination of position data using multipath signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S2013/468—Indirect determination of position data by Triangulation, i.e. two antennas or two sensors determine separately the bearing, direction or angle to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, the position data of the target is determined

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

目前用于海态监测的高频雷达大部分采用了单极子/交叉环天线，这种天线的定向性能对接收通道幅度增益的不一致较为敏感。本发明基于单极子/交叉环天线阵测向时广泛采用的多重信号分类(MUSIC)谱的倒数(即倒谱)，利用通道间幅度误差对倒谱极小值位置和幅度的影响效应，提出来了一种高频雷达接收通道幅相误差自动校正方法及装置，该方法和装置将降低高频雷达的运行成本，有利于高频雷达技术的发展和应用。

Description

高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置
技术领域
本发明属于电学领域，尤其涉及采用单极子/交叉环天线的高频雷达接收通道增益的自动校正方法和装置。
背景技术
高频雷达作为一种海洋遥感设备，目前广泛安装于海岸、海面浮台或船只上用于海洋表面状态参数遥感。雷达向海面发射高频电磁波，雷达由回波信号解算得到各个距离和方位单元上的多普勒谱，并由此反演流速、浪高和风速等海面动力学参数。
测向是雷达的基本功能之一。目前在世界范围内用于海态监测的高频地波雷达大部分采用单极子/交叉环天线进行测向。单极子/交叉环天线是一种共相位中心的紧凑式天线，依据在单极子和二个环天线上接收信号的幅度进行来波方向估计。在实际中，各天线通道具有独立的电路，总是存在增益幅度和相位的不一致，这将影响雷达定向性能。因此，在进行后续空间谱估计或到达角估计之前，必须对各通道间幅度和相位增益不一致进行校正。
目前采用的通道校正方法主要有合作信源法和非合作信源法。合作信源法采用应答器(周浩，方繁，文必洋，田应伟，谭剑，一种基于DDS的高频雷达应答器，CN201420348876)、单频信标(周浩，文必洋，吴世才，石振华，高频线性调频雷达方向图测量方法，CN200710051207)和船只自动身份识别系统(automatic identification system,AIS)信息(文必洋，王若琨，杨静，石阳升，一种利用AIS信息进行高频雷达天线通道校正的方法，CN201410104866)，均需要采用额外的专用设备对已知方向的合作信号进行测量，估计通道间的幅度和相位误差。合作信源法提高了硬件成本和测量成本，且受制于雷达所处的地形和海域环境，在某些条件下难以实施。非合作信号源法，则利用雷达接收到的任何未知信号源，自动解算出各天线通道间的幅度和相位误差。非合作信号源包括海洋一阶Bragg散射回波信号(吴雄斌，程丰，一种利用海洋回波进行通道校正的方法，CN1321331C)和电离层反射回波信号(周浩，文必洋，吴世才，一种利用电离层回波进行高频雷达天线阵列通道校正的方法，CN200610018271.5)，可用于任意鞭天线阵列的幅度校正以及非均匀直线阵列的相位校正，但不能用于单极子/交叉环天线阵的幅度校正。特别地，实际中天线方向图容易受到环境的影响而产生畸变，更增加了幅度校正的难度。
发明内容
本发明针对现有高频地波雷达单极子/交叉环天线阵接收通道幅度校正技术的不足，提供一种利用非合作海洋回波进行接收通道幅度增益的自动校准方法。
由于单极子/交叉环天线是共相位中心，利用三根天线采集到的大信噪比信号即可容易估计出各通道间的相位差，因此，本发明仅考虑通道幅度校正。同时，由于交叉环天线方向图对外部环境不敏感，可以认为交叉环天线具有理想方向图且通道仅存在整体幅度增益偏差，单极子天线则同时存在方向图畸变和幅度增益偏差。单极子/交叉环天线对空间来自θ方向信号的理想响应函数为
a(θ)＝[1,cosθ,sinθ]T，
其中T表示转置。而实际方向响应函数可以表示为
b(θ)＝[α(θ),cosθ,βsinθ]T.
这里α(θ)表示单极子天线的方向响应，可能存在方向图畸变，即在不同角度θ上可能具有不同的响应值。设空间有一来自于θ0方向的信号s(t)入射到阵列，则阵列接收信号为
x(t)＝b(θ0)s(t)+n(t)，
其中n(t)＝[n1(t),n2(t),n3(t)]T是各通道上的噪声向量，这里可以假设为是互相独立的高斯白噪声。阵列接收信号的自相关矩阵为
Rxx＝E[x(t)xH(t)]
＝b(θ0)E[s(t)sH(t)]bH(θ0)+E[n(t)nH(t)]
＝b(θ0)RssbH(θ0)+Rnn
其中E[·]表示求期望，H表示共轭转置。
一般的，使用单极子/交叉环天线时可采用多重信号分类法(Multiple SIgnalClassification,MUSIC)求取空间谱P(θ)并进行定向：
Figure BDA0002573438990000031
其中U是Rxx特征分解后最大特征值对应的特征向量，这里假设了只有单个信源，符合海面回波的大部分情况。实际上，U和信号导引向量b(θ0)线性相关，空间谱的倒数(以下简称倒谱)可以写为
Figure BDA0002573438990000032
具有通道不一致的影响可以由上式进行评估。
我们已经证明，在单一信源条件下，单极子/交叉环天线到达角估计的平均误差仅由环间不一致因子β和真实到达角θ0决定，满足：
E[Δθ]＝arctan(βtanθ0)-θ0.
而单极子的方向图畸变及幅度增益则只影响倒谱幅度，不影响倒谱最小值的位置，即α(θ)的大小不影响定向的平均误差。因此，利用这些特性，就可以对通道不一致进行自动估计和校正，在后续对环间不一致因子β进行估计时，可以用单极子方向响应平均值
Figure BDA0002573438990000041
代替α(θ)计算。
本发明的技术方案为一种利用海洋回波的高频地波雷达单极子/交叉环天线接收通道幅度增益的自动校准方法，包含以下步骤：
步骤1、雷达正常采集海洋回波数据，得到各通道的距离多普勒谱；
步骤2、在单极子天线回波谱中搜索大信噪比谱点，得到各通道同一距离和频率位置处的谱点集合Q；
步骤3、选取任意天线作为参考通道，通过计算在同一距离和频率位置处各通道谱点与该参考通道谱点的相位差，得到各通道相位校正值，并进行相位校正；
步骤4、选择单极子方向响应平均值
Figure BDA0002573438990000042
和环间不一致因子β的搜索集合αs和βs，对各个元素{αi,βj}(αi∈αs,βj∈βs}，分别对接收信号进行幅度校正，对集合Q中的所有谱点，计算MUSIC倒谱之和Σi,j；
步骤5、搜索倒谱和的最小值，其位置对应的αi和βj即为所求的幅度校正值，即单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的估计值为
Figure BDA0002573438990000043
步骤6、对集合Q中的所有谱点采用
Figure BDA0002573438990000044
进行通道幅度校正，计算到达角，将各谱点幅度除以该通道对应的方向响应因子，得到所有谱点在单极子和交叉环上校正后幅度和到达角集合，记为
Figure BDA0002573438990000045
其中N是集合Q中谱点总个数，A1,l,A2,l,A3,l分别是3个天线上第l个谱点的幅度，
Figure BDA0002573438990000046
是估计出的第l个谱点的到达角；
步骤7、利用步骤6中得到的幅度和角度参数对集合
Figure BDA0002573438990000051
计算单极子天线在角度
Figure BDA0002573438990000052
上的响应幅度
Figure BDA0002573438990000053
对所有幅度-角度对的集合
Figure BDA0002573438990000054
进行平滑和插值得到单极子的方向图
Figure BDA0002573438990000055
进一步的，步骤3中，利用
Figure BDA0002573438990000056
来计算通道m和通道k之间的相位差，得到相位校正值，其中N是集合Q中谱点总个数，xm,l和xk,l分别表示通道m和通道k上第l个谱点的复数谱值。
进一步的，步骤4中，0.1≤αs≤10和0.1≤βs≤10，搜索步长取为0.1。
进一步的，步骤6中采用MUSIC算法估计到达角。
本发明还提供一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准系统，包括如下单元，
数据获取单元，用于采集海洋回波数据，得到各通道的距离多普勒谱；
谱检测单元，用于在单极子天线回波谱中搜索大信噪比谱点，得到各通道同一距离和频率位置处的谱点集合Q；
通道相位校正单元，用于选取任意天线作为参考通道，通过计算在同一距离和频率位置处各通道谱点与该参考通道谱点的相位差，得到各通道相位校正值，并进行相位校正；
通道校正值遍历单元，用于选择单极子方向响应平均值
Figure BDA0002573438990000057
和环间不一致因子β的搜索集合αs和βs，对各个元素{αi,βj}(αi∈αs,βj∈βs}，分别对接收信号进行幅度校正，对集合Q中的所有谱点，计算MUSIC倒谱之和Σi,j；
校正值寻优单元，用于搜索倒谱和的最小值，其位置对应的αi和βj即为所求的幅度校正值，即单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的估计值为
Figure BDA0002573438990000061
通道幅度校正单元，用于对集合Q中的所有谱点采用
Figure BDA0002573438990000062
进行通道幅度校正，计算到达角，将各谱点幅度除以该通道对应的方向响应因子，得到所有谱点在单极子和交叉环上校正后幅度和到达角集合，记为
Figure BDA0002573438990000063
其中N是集合Q中谱点总个数，A1,l,A2,l,A3,l分别是3个天线上第l个谱点的幅度，
Figure BDA0002573438990000064
是估计出的第l个谱点的到达角；
方向图估计单元，用于利用通道幅度校正单元中得到的幅度和角度参数对集合
Figure BDA0002573438990000065
计算单极子天线在角度
Figure BDA0002573438990000066
上的响应幅度
Figure BDA0002573438990000067
对所有幅度-角度对的集合
Figure BDA0002573438990000068
进行平滑和插值得到单极子的方向图
Figure BDA0002573438990000069
进一步的，通道相位校正单元中，利用
Figure BDA00025734389900000610
来计算通道m和通道k之间的相位差，得到相位校正值，其中N是集合Q中谱点总个数，xm,l和xk,l分别表示通道m和通道k上第l个谱点的复数谱值。
进一步的，通道校正值遍历单元中，0.1≤αs≤10和0.1≤βs≤10，搜索步长取为0.1。
进一步的，通道幅度校正单元中采用MUSIC算法估计到达角。
本发明具有以下优点和积极效果：
本发明利用MUSIC谱幅度随通道不一致因子的变化特性，利用海洋回波这一普遍存在且能量很强的信号群作为非合作信标，采用遍历的方法搜索出最优通道校正值。本发明减少了雷达对浮标及合作信源等任何额外已知信源及设备的依赖性，为高频地波雷达提供了一种极低成本并具高准确度的接收通道幅度不一致自动校正方法和装置，从而有利于高频雷达的发展和应用。
附图说明
图1是本发明具体实施例方法的流程图。
图2是本发明具体实施例装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明主要是基于单极子/交叉环天线阵测向时广泛采用的MUSIC谱的倒数即倒谱，利用通道间幅度误差对倒谱极小值位置和幅度的影响效应提出的一种高频地波雷达接收通道幅相误差自动校正方法及装置。本方法考虑了高频雷达测量样本中的随机性，通过筛选大信噪比谱点样本及时间统计平均的方法来降低估计误差。
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
本发明利用非合作海洋回波通过对在不同校正值条件下计算得到的MUSIC空间谱倒谱之和最小化来估计接收通道幅度误差校正值。实施例以高频地波雷达中单极子/交叉环天线接收到的海洋回波谱处理为例对本发明技术方案进行一个具体的阐述，如下：
实施例1：
图1是本发明具体实施例提供的一种高频地波雷达接收通道幅相误差自动校正方法的流程图。如图1所示，本发明所述的一种高频地波雷达接收通道幅相误差自动校正的方法，包括如下步骤：
步骤1、雷达正常采集海洋回波数据，得到各通道的距离多普勒谱；
步骤2、在单极子天线回波谱中搜索大信噪比谱点，得到各通道同一距离和频率位置处的谱点集合Q；
步骤3、选取任意天线作为参考通道，通过计算在同一距离和频率位置处各通道谱点与该参考通道谱点的相位差，得到各通道相位校正值，并进行相位校正；
步骤4、选择单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的搜索集合αs和βs，对各个元素{αi,βj}(αi∈αs,βj∈βs}，分别对接收信号进行幅度校正，对集合Q中的所有谱点，计算MUSIC倒谱之和Σi,j；
步骤5、搜索倒谱和的最小值，其位置对应的αi和βj即为所求的幅度校正值，即单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的估计值为
Figure BDA0002573438990000081
步骤6、对集合Q中的所有谱点采用
Figure BDA0002573438990000082
进行通道幅度校正，计算到达角，将各谱点幅度除以该通道对应的方向响应因子，得到所有谱点在单极子和交叉环上校正后幅度和到达角集合，记为
Figure BDA0002573438990000083
其中N是集合Q中谱点总个数，A1,l,A2,l,A3,l分别是3个天线上第l个谱点的幅度，
Figure BDA0002573438990000084
是估计出的第l个谱点的到达角；
步骤7、利用步骤6中得到的幅度和角度参数对集合
Figure BDA0002573438990000085
计算单极子天线在角度
Figure BDA0002573438990000086
上的响应幅度
Figure BDA0002573438990000087
对所有幅度-角度对的集合
Figure BDA0002573438990000088
进行平滑和插值得到单极子的方向图
Figure BDA0002573438990000089
在本方案中，所述步骤2、雷达采集海洋回波数据中筛选出的谱点，应具有较高的信噪比，本实施例中选择的谱点集合要求比噪声电平高30dB；
在本方案中，所述步骤3、可以用
Figure BDA00025734389900000810
来计算通道m和通道k之间的相位差，得到相位校正值，其中N是集合Q中谱点总个数，xm,l和xk,l分别表示通道m和通道k上第l个谱点的复数谱值；
在本方案中，所述步骤4、选择通道校正值搜索区间为0.1≤αs≤10和0.1≤βs≤10，步长取为0.1；
在本方案中，所述步骤6、本实施例采用MUSIC算法估计到达角；
在本方案中，所述步骤7、由于谱点集合样本分布的随机性，在某些角度会存在多个样本，而在某些角度则可能没有样本，本实施例采用按3度步长划分角度网格取平均，然后对无样本角度进行插值的方法得到单极子方向图。
实施例2：
本发明所述的方法实施例与装置实施例属于同一技术构思，在装置实施例中未详尽描述的内容，请参见方法实施例。
图2是本发明具体实施例提供的一种高频地波雷达单极子/交叉环天线接收通道幅度增益自动校正装置的结构示意图。如图2所示，本发明所述的一种高频地波雷达接收通道幅度增益自动校正的装置，包括：
数据获取单元，用于采集海洋回波数据，得到各通道的距离多普勒谱；
谱检测单元，用于在单极子天线回波谱中搜索大信噪比谱点，得到各通道同一距离和频率位置处的谱点集合Q；
通道相位校正单元，用于选取任意天线作为参考通道，通过计算在同一距离和频率位置处各通道谱点与该参考通道谱点的相位差，得到各通道相位校正值，并进行相位校正；
通道校正值遍历单元，用于选择单极子方向响应平均值
Figure BDA0002573438990000091
和环间不一致因子β的搜索集合αs和βs，对各个元素{αi,βj}(αi∈αs,βj∈βs}，分别对接收信号进行幅度校正，对集合Q中的所有谱点，计算MUSIC倒谱之和Σi,j；
校正值寻优单元，用于搜索倒谱和的最小值，其位置对应的αi和βj即为所求的幅度校正值，即单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的估计值为
Figure BDA0002573438990000101
通道幅度校正单元，用于对集合Q中的所有谱点采用
Figure BDA0002573438990000102
进行通道幅度校正，计算到达角，将各谱点幅度除以该通道对应的方向响应因子，得到所有谱点在单极子和交叉环上校正后幅度和到达角集合，记为
Figure BDA0002573438990000103
其中N是集合Q中谱点总个数，A1,l,A2,l,A3,l分别是3个天线上第l个谱点的幅度，
Figure BDA0002573438990000104
是估计出的第l个谱点的到达角；
方向图估计单元，用于利用通道幅度校正单元中得到的幅度和角度参数对集合
Figure BDA0002573438990000105
计算单极子天线在角度
Figure BDA0002573438990000106
上的响应幅度
Figure BDA0002573438990000107
对所有幅度-角度对的集合
Figure BDA0002573438990000108
进行平滑和插值得到单极子的方向图
Figure BDA0002573438990000109
其中，通道相位校正单元中，利用
Figure BDA00025734389900001010
来计算通道m和通道k之间的相位差，得到相位校正值，其中N是集合Q中谱点总个数，xm,l和xk,l分别表示通道m和通道k上第l个谱点的复数谱值。
其中，通道校正值遍历单元中，0.1≤αs≤10和0.1≤βs≤10，搜索步长取为0.1。
其中，通道幅度校正单元中采用MUSIC算法估计到达角。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、采集海洋回波数据，得到各通道的距离多普勒谱；
步骤2、在单极子天线回波谱中搜索大信噪比谱点，得到各通道同一距离和频率位置处的谱点集合Q；
步骤3、选取任意天线作为参考通道，通过计算在同一距离和频率位置处各通道谱点与该参考通道谱点的相位差，得到各通道相位校正值，并进行相位校正；
步骤4、选择单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的搜索集合αs和βs，对各个元素{αi,βj}(αi∈αs,βj∈βs}，分别对接收信号进行幅度校正，对集合Q中的所有谱点，计算MUSIC倒谱之和Σi,j；
步骤5、搜索倒谱和的最小值，其位置对应的αi和βj即为所求的幅度校正值，，即单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的估计值为
Figure FDA0002573438980000011
步骤6、对集合Q中的所有谱点采用
Figure FDA0002573438980000012
进行通道幅度校正，计算到达角，将各谱点幅度除以该通道对应的方向响应因子，得到所有谱点在单极子和交叉环上校正后幅度和到达角集合，记为
Figure FDA0002573438980000013
其中N是集合Q中谱点总个数，A1,l,A2,l,A3,l分别是3个天线上第l个谱点的幅度，
Figure FDA0002573438980000014
是估计出的第l个谱点的到达角；
步骤7、利用步骤6中得到的幅度和角度参数对集合
Figure FDA0002573438980000015
计算单极子天线在角度
Figure FDA0002573438980000016
上的响应幅度
Figure FDA0002573438980000017
对所有幅度-角度对的集合
Figure FDA0002573438980000021
进行平滑和插值得到单极子的方向图
Figure FDA0002573438980000022
2.如权利要求1所述的一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法，其特征在于：步骤3中，利用
Figure FDA0002573438980000023
来计算通道m和通道k之间的相位差，得到相位校正值，其中N是集合Q中谱点总个数，xm,l和xk,l分别表示通道m和通道k上第l个谱点的复数谱值。
3.如权利要求1所述的一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法，其特征在于：步骤4中，0.1≤αs≤10和0.1≤βs≤10，搜索步长取为0.1。
4.如权利要求1所述的一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法，其特征在于：步骤6中采用MUSIC算法估计到达角。
5.一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准系统，其特征在于，包括如下单元，
数据获取单元，用于采集海洋回波数据，得到各通道的距离多普勒谱；
谱检测单元，用于在单极子天线回波谱中搜索大信噪比谱点，得到各通道同一距离和频率位置处的谱点集合Q；
通道相位校正单元，用于选取任意天线作为参考通道，通过计算在同一距离和频率位置处各通道谱点与该参考通道谱点的相位差，得到各通道相位校正值，并进行相位校正；
通道校正值遍历单元，用于选择单极子方向响应平均值
Figure FDA0002573438980000024
和环间不一致因子β的搜索集合αs和βs，对各个元素{αi,βj}(αi∈αs,βj∈βs}，分别对接收信号进行幅度校正，对集合Q中的所有谱点，计算MUSIC倒谱之和Σi,j；
校正值寻优单元，用于搜索倒谱和的最小值，其位置对应的αi和βj即为所求的幅度校正值，即单极子方向响应平均值α和环间不一致因子β的估计值为
Figure FDA0002573438980000031
通道幅度校正单元，用于对集合Q中的所有谱点采用
Figure FDA0002573438980000032
进行通道幅度校正，计算到达角，将各谱点幅度除以该通道对应的方向响应因子，得到所有谱点在单极子和交叉环上校正后幅度和到达角集合，记为
Figure FDA0002573438980000033
其中N是集合Q中谱点总个数，A1,l,A2,l,A3,l分别是3个天线上第l个谱点的幅度，
Figure FDA0002573438980000034
是估计出的第l个谱点的到达角；
方向图估计单元，用于利用通道幅度校正单元中得到的幅度和角度参数对集合
Figure FDA0002573438980000035
计算单极子天线在角度
Figure FDA0002573438980000036
上的响应幅度
Figure FDA0002573438980000037
对所有幅度-角度对的集合
Figure FDA0002573438980000038
进行平滑和插值得到单极子的方向图
Figure FDA0002573438980000039
6.如权利要求5所述的一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准系统，其特征在于：通道相位校正单元中，利用
Figure FDA00025734389800000310
来计算通道m和通道k之间的相位差，得到相位校正值，其中N是集合Q中谱点总个数，xm,l和xk,l分别表示通道m和通道k上第l个谱点的复数谱值。
7.如权利要求5所述的一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准系统，其特征在于：通道校正值遍历单元中，0.1≤αs≤10和0.1≤βs≤10，搜索步长取为0.1。
8.如权利要求5所述的一种高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准系统，其特征在于：通道幅度校正单元中采用MUSIC算法估计到达角。
CN202010647031.1A 2020-07-07 2020-07-07 高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置 Active CN111896913B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010647031.1A CN111896913B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010647031.1A CN111896913B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111896913A true CN111896913A (zh) 2020-11-06
CN111896913B CN111896913B (zh) 2022-09-13

Family

ID=73191673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010647031.1A Active CN111896913B (zh) 2020-07-07 2020-07-07 高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111896913B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113253213A (zh) * 2021-04-07 2021-08-13 哈尔滨工业大学（威海） 高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统
CN113311408A (zh) * 2021-07-07 2021-08-27 中国地质大学（武汉） 一种高光谱激光雷达的辐射校正方法和装置
CN114488041A (zh) * 2022-01-07 2022-05-13 武汉大学 一种基于单极子交叉环天线的雷达接收通道校准方法
CN114636965A (zh) * 2022-03-16 2022-06-17 北京邮电大学 一种基于神经网络的阵列增益和相位误差校准方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110291892A1 (en) * 2008-11-07 2011-12-01 Thales Method of determining the direction of arrival of an electromagnetic wave
CN107561502A (zh) * 2017-08-15 2018-01-09 武汉大学 一种便携式高频地波雷达射频干扰抑制方法
CN108872947A (zh) * 2018-06-26 2018-11-23 武汉大学 一种基于子空间技术的海杂波抑制方法
CN111352083A (zh) * 2020-01-17 2020-06-30 武汉大学 一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110291892A1 (en) * 2008-11-07 2011-12-01 Thales Method of determining the direction of arrival of an electromagnetic wave
CN107561502A (zh) * 2017-08-15 2018-01-09 武汉大学 一种便携式高频地波雷达射频干扰抑制方法
CN108872947A (zh) * 2018-06-26 2018-11-23 武汉大学 一种基于子空间技术的海杂波抑制方法
CN111352083A (zh) * 2020-01-17 2020-06-30 武汉大学 一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BO LU 等: "Analysis and Calibration of Crossed-Loop Antenna for Vessel DOA Estimation in HF Radar", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 *
HAO ZHOU 等: "Calibration of antenna pattern and phase errors of a cross-loop/monopole antenna array in high-frequency surface wave radars", 《IET RADAR, SONAR AND NAVIGATION》 *
HAO ZHOU 等: "Ionospheric Clutter Suppression in HFSWR Using Multilayer Crossed-Loop Antennas", 《IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING LETTERS》 *
周浩等: "高频地波雷达交叉环/单极子天线幅度相位校准", 《电波科学学报》 *
李自立等: "一种基于海洋回波的单极子/交叉环天线相位校正方法", 《现代雷达》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113253213A (zh) * 2021-04-07 2021-08-13 哈尔滨工业大学（威海） 高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统
CN113253213B (zh) * 2021-04-07 2024-01-30 哈尔滨工业大学（威海） 高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统
CN113311408A (zh) * 2021-07-07 2021-08-27 中国地质大学（武汉） 一种高光谱激光雷达的辐射校正方法和装置
CN114488041A (zh) * 2022-01-07 2022-05-13 武汉大学 一种基于单极子交叉环天线的雷达接收通道校准方法
CN114488041B (zh) * 2022-01-07 2024-05-17 武汉大学 一种基于单极子交叉环天线的雷达接收通道校准方法
CN114636965A (zh) * 2022-03-16 2022-06-17 北京邮电大学 一种基于神经网络的阵列增益和相位误差校准方法
CN114636965B (zh) * 2022-03-16 2024-09-24 北京邮电大学 一种基于神经网络的阵列增益和相位误差校准方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111896913B (zh) 2022-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111896913B (zh) 高频雷达单极子/交叉环天线通道增益校准方法及装置
CN107121670B (zh) 一种基于合成孔径雷达的反无人机防御方法
CN108845325B (zh) 拖曳线列阵声纳子阵误差失配估计方法
US20050179579A1 (en) Radar receiver motion compensation system and method
CN103017728B (zh) 干扰环境下天线阵列方向向量的测定方法
Ji et al. Target monitoring using small-aperture compact high-frequency surface wave radar
CN108872947B (zh) 一种基于子空间技术的海杂波抑制方法
CN104330787A (zh) 水下运动阵列多目标检测和方位估计一体化方法
CN105929377B (zh) 一种基于单极子交叉环天线的高频雷达船舶方位角估计方法
CN111537982A (zh) 一种畸变拖曳阵线谱特征增强方法及系统
CN111352083B (zh) 一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置
CN114355306A (zh) 一种利用小孔径高频雷达海洋回波反演浪高的方法
CN111175753B (zh) 一种车载防撞雷达分波目标探测方法
CN111505590A (zh) 一种高频地波雷达通道校准方法及系统
CN109713460A (zh) Gnss全向天线及其探测方法
CN114265058B (zh) Mimo雷达目标测角方法、装置、电子设备及存储介质
Dumas et al. New signal processing techniques for phased-array oceanographic radars: self-calibration, antenna grouping, and denoising
CN112526472B (zh) 基于波束空间的阵列雷达复杂地形低仰角估计方法
CN114325560A (zh) 波束扫描雷达超分辨目标测向方法
CN209232967U (zh) Gnss全向天线
JP4275425B2 (ja) レーダ装置
CN108474845A (zh) 用于对含盐液体介质中的杂波进行谱估计的方法
Chen et al. Calibration and evaluation of a circular antenna array for HF radar based on AIS information
Huang et al. Ship detection and tracking using multi-frequency HFSWR
CN111142097A (zh) 一种调幅广播外辐射源雷达中的目标方向估计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant