CN112763997B

CN112763997B - 数字单脉冲雷达自动幅相校准方法、系统、装置及介质

Info

Publication number: CN112763997B
Application number: CN202110141791.XA
Authority: CN
Inventors: 姚晨; 张毅; 孙厚军
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2041-02-02
Also published as: CN112763997A

Abstract

本发明公开了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法、系统、装置及介质，方法包括：通过位于第一位置的数字单脉冲雷达接收第一校准信号，并对第一校准信号进行快速傅里叶变换得到第一频域信号，进而确定第一幅相值向量；控制数字单脉冲雷达转动至第二位置、第三位置、第四位置以及第五位置，确定数字单脉冲雷达的第二幅相值向量、第三幅相值向量、第四幅相值向量以及第五幅相值向量；确定数字单脉冲雷达的接收校准系数和第一梯度向量；确定第一梯度向量满足预设的收敛条件，接收数字单脉冲雷达发射的第二校准信号，进而确定数字单脉冲雷达的发射校准系数。本发明提高了数字单脉冲雷达的校准调试的效率以及准确度，可广泛应用于雷达技术领域。

Description

数字单脉冲雷达自动幅相校准方法、系统、装置及介质

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其是一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法、系统及存储介质。

背景技术

W波段数字单脉冲雷达系统在投入使用前，必须对天线各个通道以及相对应的射频链路进行收发幅相校准，使得天线的和、差方向图满足设计要求，确保角度测量的精度。应用数字化幅相校准技术，可以将多通道射频链路的幅相校准和天线通道的幅相校准同时完成，提高校准的精度和效率。因为W波段雷达天线具有增益高，波束窄的特性，在校准时，存在被测雷达系统天线和测试天线对准难的问题，是数字化幅相校准的过程中需要解决的关键问题。

目前常用的校准方案有三种，如下：

方法1：对射频通道逐个进行天线远(近)场3维空间扫描，根据天线方向图，寻找每个通道的最大辐射方向，比较各个通达在最大辐射方向上接收信号的幅相值，完成测量校准；

方法2：利用高精度的光学设备，对被测天线和测试天线的几何中心进行对准；

方法3：同时扫描四个通道的方向图，利用天线本身的对称性，根据扫描出的4个子阵方向图，反复调整被测天线指向，最终实现两个天线的对准。

这三种校准方法存在的问题有：

(1)逐个天线通道测量的方法需要对每个天线子阵的方向图进行三维空间扫描，工作量大，测试时间久，测试效率低；

(2)需要配备专业的光学对准设备和操作人员，增加了设备复杂度和测试成本，不利于雷达测试人员操作；

(3)需要多次测量方位、俯仰方向图，并且需要测试人员根据测试结果去判断调整被测雷达天线转动角度的大小和方向，无法实现自动化，容易引入人为测试误差。

发明内容

本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

针对W波段数字单脉冲雷达校准时天线对准困难的问题，本发明实施例的一个目的在于提供一种快速、准确的数字单脉冲雷达自动幅相校准方法。

本发明实施例的另一个目的在于提供一种数字单脉冲雷达自动幅相校准系统。

为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法，包括以下步骤：

通过位于第一位置的数字单脉冲雷达接收第一校准信号，并对所述第一校准信号进行快速傅里叶变换得到第一频域信号，进而根据所述第一频域信号确定第一幅相值向量；

控制数字单脉冲雷达转动至第二位置、第三位置、第四位置以及第五位置，确定数字单脉冲雷达在第二位置的第二幅相值向量、在第三位置的第三幅相值向量、在第四位置的第四幅相值向量以及在第五位置的第五幅相值向量；

根据所述第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据所述接收校准系数、所述第一幅相值向量、所述第二幅相值向量、所述第三幅相值向量、所述第四幅相值向量以及所述第五幅相值向量确定数字单脉冲雷达在第一位置的第一梯度向量；

确定所述第一梯度向量满足预设的收敛条件，接收数字单脉冲雷达发射的第二校准信号，并对所述第二校准信号进行快速傅里叶变换得到第二频域信号，进而根据所述第二频域信号确定数字单脉冲雷达的发射校准系数；

其中，所述第二位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着方位负方向转动第一预设角度后的位置，所述第三位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着方位正方向转动第一预设角度后的位置，所述第四位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着俯仰负方向转动第一预设角度后的位置，所述第五位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着俯仰正方向转动第一预设角度后的位置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一校准信号包括4路基带IQ信号，所述通过位于第一位置的数字单脉冲雷达接收第一校准信号，并对所述第一校准信号进行快速傅里叶变换得到第一频域信号，进而根据所述第一频域信号确定第一幅相值向量这一步骤，其具体包括：

通过测试天线发送第一射频信号，并通过数字单脉冲雷达接收所述第一射频信号，进而通过数字下变频得到4路基带IQ信号；

对所述基带IQ信号进行快速傅里叶变换得到4路第一频域信号；

分别对4路第一频域信号取最大值，得到所述第一幅相值向量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据所述接收校准系数、所述第一幅相值向量、所述第二幅相值向量、所述第三幅相值向量、所述第四幅相值向量以及所述第五幅相值向量确定数字单脉冲雷达在第一位置的第一梯度向量这一步骤，其具体包括：

根据所述第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据所述接收校准系数、所述第一幅相值向量、所述第二幅相值向量、所述第三幅相值向量、所述第四幅相值向量以及所述第五幅相值向量计算数字单脉冲雷达的和方向图在第一位置处的第一幅度、在第二位置处的第二幅度、在第三位置处的第三幅度、在第四位置处的第四幅度以及在第五位置处的第五幅度；

根据所述第一幅度对所述第二幅度、所述第三幅度、所述第四幅度以及所述第五幅度进行归一化处理，并利用数值差分的方式计算出数字单脉冲雷达的和方向图在第一位置基于方位角的第一偏导数以及基于俯仰角的第二偏导数；

根据所述第一偏导数和所述第二偏导数确定第一梯度向量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一偏导数和所述第二偏导数分别为：

其中，

表示第一偏导数，

表示第二偏导数，

表示第二幅度的归一化处理结果，

表示第三幅度的归一化处理结果，

表示第四幅度的归一化处理结果，

表示第五幅度的归一化处理结果，Δ表示第一预设角度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一梯度向量为：

其中，G^(k)表示第一梯度向量，

表示第一偏导数，

表示第二偏导数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述确定所述第一梯度向量满足预设的收敛条件，接收数字单脉冲雷达发射的第二校准信号，并对所述第二校准信号进行快速傅里叶变换得到第二频域信号，进而根据所述第二频域信号确定数字单脉冲雷达的发射校准系数这一步骤，其具体包括：

确定所述第一梯度向量满足预设的收敛条件，控制数字单脉冲雷达的4个射频通道分别发射第二校准信号；

通过测试天线接收4路第二校准信号，并对所述第二校准信号进行快速傅里叶变换得到4路第二频域信号；

分别对4路第二频域信号取最大值得到第二幅相值向量，并根据所述第二幅相值向量确定数字单脉冲雷达的4个射频通道的发射校准系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述数字单脉冲雷达自动幅相校准方法还包括以下步骤：

确定所述第一梯度向量不满足预设的收敛条件，根据所述第一梯度向量调整数字单脉冲雷达的天线指向，并通过数字单脉冲雷达重新接收校准信号，直至求得的梯度向量满足预设的收敛条件。

第二方面，本发明实施例提出了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准系统，包括：

第一幅相向量确定模块，用于通过位于第一位置的数字单脉冲雷达接收第一校准信号，并对所述第一校准信号进行快速傅里叶变换得到第一频域信号，进而根据所述第一频域信号确定第一幅相值向量；

雷达转动控制模块，用于控制数字单脉冲雷达转动至第二位置、第三位置、第四位置以及第五位置，确定数字单脉冲雷达在第二位置的第二幅相值向量、在第三位置的第三幅相值向量、在第四位置的第四幅相值向量以及在第五位置的第五幅相值向量；

第一梯度向量确定模块，用于根据所述第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据所述接收校准系数、所述第一幅相值向量、所述第二幅相值向量、所述第三幅相值向量、所述第四幅相值向量以及所述第五幅相值向量确定数字单脉冲雷达在第一位置的第一梯度向量；

发射校准系数确定模块，用于确定所述第一梯度向量满足预设的收敛条件，接收数字单脉冲雷达发射的第二校准信号，并对所述第二校准信号进行快速傅里叶变换得到第二频域信号，进而根据所述第二频域信号确定数字单脉冲雷达的发射校准系数；

第三方面，本发明实施例提供了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现上述的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法。

本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到：

本发明实施例通过计算数字单脉冲雷达的梯度向量来进行迭代校准，无需专业光学设备，可以一次测量出数字单脉冲雷达多个通道的校准系数，无需对各个天线子阵的方向图进行扫描，节省了时间成本、设备成本以及人力成本，提高了数字单脉冲雷达的校准调试效率，同时避免了人为操作引起的误差，提高了数字单脉冲雷达校准的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对本发明实施例中所需要使用的附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的数字单脉冲雷达与测试天线的空间位置关系图；

图3为本发明实施例提供的数字单脉冲雷达与测试天线的信号收发示意图；

图4为本发明实施例提供的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准系统的结构框图；

图5为本发明实施例提供的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准装置的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，多个的含义是两个或两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

首先对本发明实施例的实现原理进行介绍说明。数字单脉冲雷达的天线由四个天线子阵单元组成，分别用于方位和俯仰维度的测角。每个天线子阵单元通过馈电网络单独馈电，拥有单独的射频通道，包括前端收发组件和中频收发组件。数字化单脉冲雷达在数字接收机内进行接收信号的幅相校准，相比于传统模拟移相器，校准更加方便、精度更高。

由于天线接收和发射的互易性，在此以接收校准说明原理。被校准的数字单脉冲雷达与测试天线在暗室中放置关系如图2所示。为简化起见，数字单脉冲雷达在图2中用尺寸为2×2的单脉冲天线表示，省略射频链路和数字接收机。数字单脉冲雷达和测试天线的信号收发示意图如图3所示，其中测试天线可以接收和发射W波段连续波校准信号，T\R是雷达的前端收发模块。

建立全局直角坐标系xyz如图2所示，数字单脉冲雷达天线的几何中心放置在直角坐标系的原点o处，天线口面法向量

与X轴单位向量

重合，建立天线局部坐标系uvw，与全局坐标系xyz重合。在数字单脉冲雷达天线远场放置测试天线，测试天线的相位中心为P。由于通道的幅相不一致性，合成方向图的波束指向并非天线口面的法向量

需要通过系统幅相校准，使得波束指向与

重合。

理想的接收校准情况，测试天线放置在X轴上，发射连续波信号，入射信号的传播方向

此时测试天线发射的电磁波到数字单脉冲雷达的四个子阵单元的距离相同，即到达四个子阵口面的电场是等幅同相的。由于天线以及射频链路的幅相不一致性，导致信号处理板采集的四路基带IQ信号存在幅相误差。通过数字幅相校准方法，可以将四路基带信号乘以复校准系数，补偿硬件带来的幅相误差。

实际暗室测量的情况，缺少精确的定位装置，无法确保测试天线放置在单脉冲天线的法向

上，即测试天线不在X轴上。假设测试天线的相位中心P在直角坐标系中的方位和俯仰角分别为θ_m和φ_m。利用雷达伺服机构控制数字单脉冲雷达转动，当数字单脉冲雷达天线法向量

与校准信号传播方向

共线时，可以进行接收校准。校准完之后，测试信号入射方向为接收方向图的最大增益方向。

因此，如何转动数字单脉冲雷达，使得其天线法向量

与校准信号传播方向

共线，是本发明实施例的重点。

单脉冲天线的4个天线子阵单元结构对称，所以相应的4个子阵的三维方向图是关于天线口面法向量

轴对称的。单个天线子阵的方向图可以表示为方位角θ和俯仰角φ的函数f(θ,φ)。在子阵单元方向图的主瓣范围内，f(θ,φ)可以近似为方位方向图和俯仰方向图的乘积，表示为：

f(θ,φ)＝Gh(θ)g(φ)

其中，G表示子阵单元的增益，h(θ)为方位方向图，g(φ)为俯仰方向图。为了分析方便，假设G＝1。

通常情况下，子阵单元的方向图的指向，并不平行于天线口面的法向量

假设子阵方向图的指向在方位上偏离

的方位和俯仰角度分别为θ₀和φ₀，四个天线子阵的方向图f_i(θ,φ)可以表示为：

f₁(θ,φ)＝A₁h₁(θ)g₂(φ)exp(-jkr₁)

f₂(θ,φ)＝A₂h₁(θ)g₁(φ)exp(-jkr₂)

f₃(θ,φ)＝A₃h₂(θ)g₁(φ)exp(-jkr₃)

f₄(θ,φ)＝A₄h₂(θ)g₂(φ)exp(-jkr₄)

其中，A_i(i＝1,2,3,4)是复数，表示各个通道的幅相不一致性，且有：

h₁(θ)＝h(θ-θ₀)

h₂(θ)＝h(-θ-θ₀)

g₁(φ)＝g(φ-φ₀)

g₂(φ)＝g(-φ-φ₀)

由于数字单脉冲雷达天线的轴对称性，则有：

h₁(θ)＝h₂(-θ),h′₁(θ)＝-h′₂(-θ)；

g₁(φ)＝g₂(φ),g′₁(φ)＝-g′₂(-φ)。

测试天线在P(θ_m,φ_m)位置发射校准信号，四个接收通道收到的信号幅相值记为M_i(θ_m,φ_m)。校准系数归一化为四个接收通道幅相的均值，该均值表示为：

其中，N＝4。

校准系数为：

定义向量F(θ,φ)为：

F(θ,φ)＝[f₁(θ,φ),f₂(θ,φ),f₃(θ,φ),f₄(θ,φ)]^T；按照当前校准系数，可以计算得到和方向图为：

和方向图在P(θ_m,φ_m)处的梯度为：

在P(θ_m,φ_m)很小的邻域内，和方向图可以近似为：

所以和方向图基于方向角和俯仰角的偏导数可以分别表示为：

在P(θ_m,φ_m)点，和方向图的梯度为：

如果P点在(-θ_m,-φ_m)位置，和方向图的梯度为：

由此可知，在方位-俯仰平面上，和方向图的梯度场是关于(0,0)点对称的。因此在(0,0)点梯度必定为0。当P点在(0,0)进行校准时，正好对应理论校准点，校准后方向图在P点方向就是和方向图的波束指向，该点处方向图梯度为0，与公式分析结果一致。

在雷达数字幅相校准的过程中，必须满足被测雷达天线理想的等效相位中心与测试天线的相位中心对准，才能获得准确的通道校准系数。参照图1，本发明实施例提供了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法，具体包括以下步骤：

S101、通过位于第一位置的数字单脉冲雷达接收第一校准信号，并对第一校准信号进行快速傅里叶变换得到第一频域信号，进而根据第一频域信号确定第一幅相值向量；

具体地，将需要校准的数字单脉冲雷达和测试天线架设在微波暗室中，并将外围电路连接好，使其可以工作在正常状态。以被测雷达天线口面的几何中心建立全局坐标系和局部坐标系，局部坐标系和全局坐标系重合。在全局坐标系xyz中，测试天线P的方位俯仰角为(θ_m,φ_m)，被测雷达天线的空间位置用天线口面法向量

的方位和俯仰角来表示，记作N₀ ^(k)，其中下表0表示位置序号，上标k表示算法迭代次数。当观察方向为u轴正方向时，定义uw平面左边方位角度为负、右边为方位角度为正，uv平面下边俯仰角度为负、上边俯仰角度为正。

进一步作为可选的实施方式，第一校准信号为连续波信号，包括4路基带IQ信号，步骤S101具体包括以下步骤：

S1011、通过测试天线发送第一射频信号，并通过数字单脉冲雷达接收第一射频信号，进而通过数字下变频得到4路基带IQ信号；

S1012、对基带IQ信号进行快速傅里叶变换得到4路第一频域信号。

S1013、分别对4路第一频域信号取最大值，得到第一幅相值向量。

具体地，测试天线发射连续第一射频信号，数字单脉冲雷达处于接收状态，接收4路第一视频信号后经过数字下变频处理得到4路基带IQ信号s_i，0(t),i＝1,2,3,4。对采集到的4路基带IQ信号做快速傅里叶变换，得到4路频域信号并对4路频域信号取最大值如下：

其中，FFT表示快速傅里叶变换。

进而得到数字单脉冲雷达在第一位置N₀ ^(k)的4路信号的第一幅相值向量

S102、控制数字单脉冲雷达转动至第二位置、第三位置、第四位置以及第五位置，确定数字单脉冲雷达在第二位置的第二幅相值向量、在第三位置的第三幅相值向量、在第四位置的第四幅相值向量以及在第五位置的第五幅相值向量；

其中，第二位置为数字单脉冲雷达在第一位置朝着方位负方向转动第一预设角度后的位置，第三位置为数字单脉冲雷达在第一位置朝着方位正方向转动第一预设角度后的位置，第四位置为数字单脉冲雷达在第一位置朝着俯仰负方向转动第一预设角度后的位置，第五位置为数字单脉冲雷达在第一位置朝着俯仰正方向转动第一预设角度后的位置。

具体地，本发明实施例取天线设计波束宽的十分之一角度为第一预设角度Δ。

保持俯仰角度不变，控制数字单脉冲雷达朝着方位负方向转动Δ，雷达位置从第一位置

到第二位置

在当前位置采集校准信号，参照步骤S101，可以得到第二幅相值向量

类似地，伺服平台控制数字单脉冲雷达朝着方位正方向转动Δ，雷达位置从第一位置

到第三位置

参照步骤S101，可以得到第三幅相值向量

保持方位角度不变，控制数字单脉冲雷达朝着俯仰负方向转动Δ，雷达位置从第一位置

到第四位置

在当前位置采集校准信号，参照步骤S101，可以得到第四幅相值向量

类似地，伺服平台控制数字单脉冲雷达朝着俯仰正方向转动Δ，雷达位置从第一位置

到第五位置

参照步骤S101，可以得到第五幅相值向量

S103、根据第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据接收校准系数、第一幅相值向量、第二幅相值向量、第三幅相值向量、第四幅相值向量以及第五幅相值向量确定数字单脉冲雷达在第一位置的第一梯度向量。

进一步作为可选的实施方式，步骤S103具体包括以下步骤：

S1031、根据第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据接收校准系数、第一幅相值向量、第二幅相值向量、第三幅相值向量、第四幅相值向量以及第五幅相值向量计算数字单脉冲雷达的和方向图在第一位置处的第一幅度、在第二位置处的第二幅度、在第三位置处的第三幅度、在第四位置处的第四幅度以及在第五位置处的第五幅度；

S1032、根据第一幅度对第二幅度、第三幅度、第四幅度以及第五幅度进行归一化处理，并利用数值差分的方式计算出数字单脉冲雷达的和方向图在第一位置基于方位角的第一偏导数以及基于俯仰角的第二偏导数；

S1033、根据第一偏导数和第二偏导数确定第一梯度向量。

具体地，根据第一幅相值向量

计算第一位置的接收校准系数C^(k)如下：

其中，mean()表示求取均值。

按照接收校准系数C^(k)计算和方向图在位置

的幅度，并按照第一位置的幅度进行归一化处理如下：

其中，

表示归一化处理的结果。

然后可以利用竖直差分的方式计算和方向图在第一位置处关于方位角和俯仰角的偏导数，进而确定第一梯度向量。

进一步作为可选的实施方式，第一偏导数和第二偏导数分别为：

其中，

表示第一偏导数，

表示第二偏导数，

表示第二幅度的归一化处理结果，

表示第三幅度的归一化处理结果，

表示第四幅度的归一化处理结果，

表示第五幅度的归一化处理结果，Δ表示第一预设角度。

进一步作为可选的实施方式，第一梯度向量为：

其中，G^(k)表示第一梯度向量，

表示第一偏导数，

表示第二偏导数。

S104、确定第一梯度向量满足预设的收敛条件，接收数字单脉冲雷达发射的第二校准信号，并对第二校准信号进行快速傅里叶变换得到第二频域信号，进而根据第二频域信号确定数字单脉冲雷达的发射校准系数。

具体地，本发明实施例中，收敛条件为(1)||G^(k)||₂<ε，(2)k>K；其中ε为梯度模值的收敛条件，可取10^-3；K可取1000。步骤S104具体包括以下步骤：

S1041、确定第一梯度向量满足预设的收敛条件，控制数字单脉冲雷达的4个射频通道分别发射第二校准信号；

S1042、通过测试天线接收4路第二校准信号，并对第二校准信号进行快速傅里叶变换得到4路第二频域信号；

S1043、分别对4路第二频域信号取最大值得到第二幅相值向量，并根据第二幅相值向量确定数字单脉冲雷达的4个射频通道的发射校准系数。

具体地，若满足上述收敛条件，此时的C^(k)即为数字单脉冲雷达的接收幅相校准系数，接收校准完成。被测数字单脉冲雷达天线保持接收校准的位置不变，调整雷达系统的工作状态，改为被测雷达系统发射校准信号，测试天线接收校准信号。测试天线和被测雷达系统需要用同一个信号源同步，保证收发的相参性。

通过雷达上位机控制数字单脉冲雷达四个射频通道顺序发射校准信号。即射频通道i，(i＝1,2,3,4)在第i个PRI(脉冲重复间隔)发射第二校准信号，第二校准信号为脉冲信号，测试天线工作于接收状态，采集第二校准信号。和接收校准一样，对测试天线接收到的四通道时域校准信号，做快速傅里叶变换，取其幅度最大值所对应的复数M_i,M_i即为各个通道的幅相不一致性，利用公式

得到四个发射通道的发射校准系数C_i，从而完成数字单脉冲雷达的发射校准。

进一步作为可选的实施方式，数字单脉冲雷达自动幅相校准方法还包括以下步骤：

确定第一梯度向量不满足预设的收敛条件，根据第一梯度向量调整数字单脉冲雷达的天线指向，并通过数字单脉冲雷达重新接收校准信号，直至求得的梯度向量满足预设的收敛条件。

具体地，通过下式调整数字单脉冲雷达的天线指向，迭代至求得的梯度向量满足收敛条件：

其中，η为伸缩系数，本发明实施例中取0.1。

可选地，校准过程可以按照和方向图的梯度上升方向，不断移动校准点，计算新的校准系数，直到满足收敛条件。

可以理解的是，针对W波段高增益、窄波束天线校准时对准难的问题，本发明实施例提出了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法，利用雷达系统自带的伺服随动系统，自动调整被测雷达天线指向，寻找系统最优校准位置，完成雷达系统的数字化幅相校准。

与现有技术相比，本发明实施例还具有以下优点：

(1)本发明实施例完全利用雷达系统自身硬件条件进行校准，无需专业光学设备，减少了设备复杂度和额外人力。

(2)本发明实施例通过局部点采样、计算梯度、改变雷达天线指向的方式，迭代到对准位置，完全可以实现自动化校准，测量时，无需人在测量回路中，提高测量效率，适合雷达系统生产调试的自动化。

(3)本发明实施例通过对准位置，一次测量出单脉冲系统多个通道的校准系数，无需对子阵单元的方向图逐个进行三维扫描，节省时间和人力成本，提高了雷达系统调试效率。

参照图4，本发明实施例提供了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准系统，包括：

第一幅相向量确定模块，用于通过位于第一位置的数字单脉冲雷达接收第一校准信号，并对第一校准信号进行快速傅里叶变换得到第一频域信号，进而根据第一频域信号确定第一幅相值向量；

第一梯度向量确定模块，用于根据第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据接收校准系数、第一幅相值向量、第二幅相值向量、第三幅相值向量、第四幅相值向量以及第五幅相值向量确定数字单脉冲雷达在第一位置的第一梯度向量；

发射校准系数确定模块，用于确定第一梯度向量满足预设的收敛条件，接收数字单脉冲雷达发射的第二校准信号，并对第二校准信号进行快速傅里叶变换得到第二频域信号，进而根据第二频域信号确定数字单脉冲雷达的发射校准系数；

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

参照图5，本发明实施例提供了一种数字单脉冲雷达自动幅相校准装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当上述至少一个程序被上述至少一个处理器执行时，使得上述至少一个处理器实现上述的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，该处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法。

本发明实施例的一种计算机可读存储介质，可执行本发明方法实施例所提供的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或上述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，上述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印上述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得上述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

其中，所述第二位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着方位负方向转动第一预设角度后的位置，所述第三位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着方位正方向转动第一预设角度后的位置，所述第四位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着俯仰负方向转动第一预设角度后的位置，所述第五位置为数字单脉冲雷达在所述第一位置朝着俯仰正方向转动第一预设角度后的位置；

所述根据所述第一幅相值向量确定接收校准系数，并根据所述接收校准系数、所述第一幅相值向量、所述第二幅相值向量、所述第三幅相值向量、所述第四幅相值向量以及所述第五幅相值向量确定数字单脉冲雷达在第一位置的第一梯度向量这一步骤，其具体包括：

根据所述第一偏导数和所述第二偏导数确定第一梯度向量。

2.根据权利要求1所述的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法，其特征在于，所述通过位于第一位置的数字单脉冲雷达接收第一校准信号，并对所述第一校准信号进行快速傅里叶变换得到第一频域信号，进而根据所述第一频域信号确定第一幅相值向量这一步骤，其具体包括：

通过测试天线发送第一校准信号，并通过数字单脉冲雷达接收所述第一校准信号，进而通过数字下变频得到4路基带IQ信号；

3.根据权利要求1所述的一种数字单脉冲雷达自动幅相校准方法，其特征在于，所述第一偏导数和所述第二偏导数分别为：