專利名稱：一種數(shù)字陣列雷達(dá)頻率步進(jìn)信號(hào)相位補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)體制中的目標(biāo)高精度距離及角度測(cè)量。
背景技術(shù)：
調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)是一種具有高分辨能力的雷達(dá)信號(hào)，它發(fā)射一組脈間載頻線性跳變、脈內(nèi)線性調(diào)頻的雷達(dá)脈沖，通過對(duì)各個(gè)子脈沖回波進(jìn)行脈內(nèi)脈沖壓縮和脈間逆傅立葉變換(IFFT)處理獲得目標(biāo)的距離高分辨像。調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)用線性調(diào)頻子脈沖代替了頻率步進(jìn)信號(hào)中的簡(jiǎn)單脈沖，因此克服了雷達(dá)作用距離和單脈沖距離分辨力之間的矛盾，又能夠在保持距離分辨力不變的條件下減少脈沖數(shù)，提高數(shù)據(jù)率，降低對(duì)系統(tǒng)處理帶寬和采樣率的要求。對(duì)于目前廣泛應(yīng)用的數(shù)字陣列雷達(dá)，其存在多個(gè)通道，若將調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)運(yùn)用于數(shù)字陣列雷達(dá)，則不僅每個(gè)通道內(nèi)相位均會(huì)導(dǎo)致調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)各頻點(diǎn)相位非線性的情況，而且存在多個(gè)通道間相位誤差特性不一致的情況。由于通道內(nèi)頻點(diǎn)相位非線性會(huì)帶來(lái)一維距離像主瓣展寬、幅度下降等問題，進(jìn)而導(dǎo)致目標(biāo)的一維距離像失真。而通道間相位誤差特性不一致則會(huì)造成合成方向圖波束指向偏移，旁瓣升高，影響測(cè)角質(zhì)量。為了解決這個(gè)問題，就必須選擇合適的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行相位補(bǔ)償，現(xiàn)有的針對(duì)頻率步進(jìn)信號(hào)的相位補(bǔ)償技術(shù)僅僅針對(duì)單通道的情況進(jìn)行線性相位校正，但并沒有考慮到數(shù)字陣列雷達(dá)在多通道的情況下存在校正后其各通道線性特征曲線斜率不一致對(duì)測(cè)角帶來(lái)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種數(shù)字陣列雷達(dá)頻率步進(jìn)信號(hào)相位補(bǔ)償方法，能夠在數(shù)字陣列雷達(dá)應(yīng)用中，消除通道間的相位誤差給調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)帶來(lái)的影響，從而提高測(cè)距和測(cè)角精度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:該方法包括如下步驟:第一步、數(shù)字陣列雷達(dá)具有多個(gè)通道，每個(gè)通道由I個(gè)天線陣元和I路接收機(jī)組成；每個(gè)通道發(fā)射一串頻率步進(jìn)信號(hào)子脈沖，并接收各子脈沖的目標(biāo)回波信號(hào)；對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行處理，獲得各子脈沖的視頻回波信號(hào)；第二步、獲得每個(gè)通道的視頻回波補(bǔ)償因子，具體為:針對(duì)每個(gè)通道，在該通道中，每個(gè)子脈沖的視頻回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)中選取一個(gè)對(duì)應(yīng)相位最大值的點(diǎn)作為該子脈沖的相位采樣點(diǎn)，對(duì)于每個(gè)子脈沖的相位采樣點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)相位值進(jìn)行線性擬合得到當(dāng)前通道的相位擬合直線；選取一個(gè)通道的相位擬合直線的斜率作為標(biāo)準(zhǔn)值，調(diào)整各通道相位擬合直線的斜率與標(biāo)準(zhǔn)值一致；對(duì)于每個(gè)通道，在調(diào)整后的相位擬合直線中，獲取相位采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值，并在調(diào)整前的相位擬合直線中，同樣獲取相位采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值，二者之差作為該通道的視頻回波補(bǔ)償因子，對(duì)該通道視頻回波信號(hào)的相位采樣點(diǎn)使用該補(bǔ)償因子進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后的信號(hào)進(jìn)行逆傅里葉變換IFFT輸出高分辨距離像；第三步、獲得每個(gè)通道的距離像補(bǔ)償因子，具體為:對(duì)經(jīng)第二步補(bǔ)償后的各通道高分辨距離像，取峰值點(diǎn)的相位進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償值由各通道高分辨距離像在相同距離上的峰值點(diǎn)的相位差Δ爐與理想相位差之間的差值確定，補(bǔ)償后Δρ與理想相位差之間的差值為0，記錄對(duì)應(yīng)數(shù)字陣列雷達(dá)的多個(gè)通道的一組補(bǔ)償值，即為距離像補(bǔ)償因子；第四步、在數(shù)字陣列雷達(dá)的信號(hào)處理過程中，在獲得視頻回波信號(hào)之后，使用所述視頻回波補(bǔ)償因子對(duì)視頻回波信號(hào)各采樣點(diǎn)的相位進(jìn)行補(bǔ)償；對(duì)補(bǔ)償后的視頻回波信號(hào)進(jìn)行IFFT，獲得高分辨距離像，使用所述距離像補(bǔ)償因子對(duì)各通道高分辨距離像峰值點(diǎn)的相位進(jìn)行補(bǔ)償。進(jìn)一步地，第一步中，通道發(fā)射的信號(hào)為一串線性調(diào)頻Chirp子脈沖。有益效果:利用本發(fā)明所述補(bǔ)償步驟得到補(bǔ)償因子，不僅能夠?qū)€性調(diào)頻步進(jìn)回波信號(hào)進(jìn)行合成高分辨前的通道內(nèi)相位誤差補(bǔ)償，而且對(duì)合成高分辨像進(jìn)行通道間相位誤差補(bǔ)償，理論上可形成目標(biāo)的無(wú)展寬、主瓣幅度無(wú)下降的真實(shí)的一維高分辨距離像；解決了由于通道內(nèi)相位誤差及通道間相位誤差帶來(lái)的對(duì)測(cè)距及測(cè)角的影響，尤其適用于調(diào)頻步進(jìn)體制雷達(dá)對(duì)角度的高精度測(cè)量。


圖1是本發(fā)明在工程上實(shí)際實(shí)施的信號(hào)處理流程圖；圖2是補(bǔ)償前后的各通道高分辨距離像對(duì)比圖；圖3是補(bǔ)償前后的合成方向圖對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本方法包括如下步驟:第一步、數(shù)字陣列雷達(dá)具有多個(gè)通道，每個(gè)通道由I個(gè)天線陣元和I路接收機(jī)組成；每個(gè)通道發(fā)射一串頻率步進(jìn)信號(hào)子脈沖，并接收各子脈沖的目標(biāo)回波信號(hào)；對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行處理，獲得各子脈沖的視頻回波信號(hào)。其中對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)所進(jìn)行的處理包括信號(hào)的米樣。本實(shí)施例中以線性調(diào)頻Chirp子脈沖串為例進(jìn)行敘述，則第一步具體包括如下步驟:步驟101，假設(shè)數(shù)字陣列雷達(dá)具有M個(gè)通道，每個(gè)通道由I個(gè)天線陣元和I路接收機(jī)組成，對(duì)于通道m(xù)，其天線陣元Zm的發(fā)射信號(hào)為一串頻率步進(jìn)信號(hào)子脈沖，I < m < M。本實(shí)施例中所采用的頻率步進(jìn)信號(hào)為線性調(diào)頻Chirp子脈沖串，該Chirp子脈沖串進(jìn)行載頻線性跳變，對(duì)其進(jìn)行采樣處理后獲得線性調(diào)頻Chirp子脈沖的一般數(shù)學(xué)模型，Chirp子脈沖表示為下式:
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字陣列雷達(dá)頻率步進(jìn)信號(hào)相位補(bǔ)償方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步、數(shù)字陣列雷達(dá)具有多個(gè)通道，每個(gè)通道由I個(gè)天線陣元和I路接收機(jī)組成；每個(gè)通道發(fā)射一串頻率步進(jìn)信號(hào)子脈沖，并接收各子脈沖的目標(biāo)回波信號(hào)；對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行處理，獲得各子脈沖的視頻回波信號(hào)； 第二步、獲得每個(gè)通道的視頻回波補(bǔ)償因子，具體為: 針對(duì)每個(gè)通道，在該通道中，每個(gè)子脈沖的視頻回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)中選取一個(gè)對(duì)應(yīng)相位最大值的點(diǎn)作為該子脈沖的相位采樣點(diǎn)，對(duì)于每個(gè)子脈沖的相位采樣點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)相位值進(jìn)行線性擬合得到當(dāng)前通道的相位擬合直線； 選取一個(gè)通道的相位擬合直線的斜率作為標(biāo)準(zhǔn)值，調(diào)整各通道相位擬合直線的斜率與標(biāo)準(zhǔn)值一致； 對(duì)于每個(gè)通道，在調(diào)整后的相位擬合直線中，獲取相位采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值，并在調(diào)整前的相位擬合直線中，同樣獲取相位采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值，二者之差作為該通道的視頻回波補(bǔ)償因子，對(duì)該通道視頻回波信號(hào)的相位采樣點(diǎn)使用該補(bǔ)償因子進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后的信號(hào)進(jìn)行逆傅里葉變換IFFT輸出高分辨距離像； 第三步、獲得每個(gè)通道的距離像補(bǔ)償因子，具體為: 對(duì)經(jīng)第二步補(bǔ)償后的各通道高分辨距離像，取峰值點(diǎn)的相位進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償值由各通道高分辨距離像在相同距離上的峰值點(diǎn)的相位差Δ#與理想相位差之間的差值確定，補(bǔ)償后Δρ與理想相位差之間的差值為O，記錄對(duì)應(yīng)數(shù)字陣列雷達(dá)的多個(gè)通道的一組補(bǔ)償值，即為距離像補(bǔ)償因子； 第四步、在數(shù)字陣列雷達(dá)的信號(hào)處理過程中，在獲得視頻回波信號(hào)之后，使用所述視頻回波補(bǔ)償因子對(duì)視頻回波信號(hào)各采樣點(diǎn)的相位進(jìn)行補(bǔ)償；對(duì)補(bǔ)償后的視頻回波信號(hào)進(jìn)行IFFT，獲得高分辨距離像，使用所述距離像補(bǔ)償因子對(duì)各通道高分辨距離像峰值點(diǎn)的相位進(jìn)行補(bǔ)償。
2.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字陣列雷達(dá)頻率步進(jìn)信號(hào)相位補(bǔ)償方法，其特征在于，第一步中，通道發(fā)射的信號(hào)為一串線性調(diào)頻Chirp子脈沖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字陣列雷達(dá)頻率步進(jìn)信號(hào)相位補(bǔ)償方法，屬于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。本方法包括如下步驟一、數(shù)字陣列雷達(dá)每個(gè)通道發(fā)射一串頻率步進(jìn)信號(hào)子脈沖，獲得視頻回波信號(hào)；二、對(duì)于通道中各子脈沖的視頻回?fù)苄盘?hào)，選取其最大值點(diǎn)的相位進(jìn)行線性擬合，并補(bǔ)償指定時(shí)刻的相位值，使得擬合直線斜率與理想斜率偏差為零，獲得視頻回波補(bǔ)償因子，補(bǔ)償后的信號(hào)進(jìn)行IFFT輸出高分辨距離像；三、補(bǔ)償各通道高分辨距離像峰值點(diǎn)的相位，使得在相同距離上各通道距離像的峰值點(diǎn)的相位差與理想相位差一致，獲得距離像補(bǔ)償因子；四、將獲得的視頻回波補(bǔ)償因子與距離像補(bǔ)償因子應(yīng)用于數(shù)字陣列雷達(dá)的信號(hào)處理過程中。本發(fā)明適用于數(shù)字陣列雷達(dá)的信號(hào)處理。
文檔編號(hào)G01S7/40GK103163511SQ20131007121
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者劉海波, 龍騰, 姜菡 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)