CN101957444B - 多通道雷达幅相自动校正方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多通道雷达幅相自动校正方法和装置，雷达系统工作之前，将同一射频测试信号经馈源分别馈入多通道雷达系统的各个接收通道中，获得各接收通道的相位特性和幅度特性，以其中一个通道信号为基准信号，计算其他通道信号与基准信号之间的相位差和幅度比值；然后令雷达系统工作，利用之前获得的相位差和幅度比值对各通道的目标回波进行自动修正，保证各个通道在幅度和相位上的一致性。当发射频点改变或者雷达工作环境变化时，接收通道的幅相特性不可避免的发生变化，利用本发明可以准确方便的对其变化进行测量并加以修正，保证各个通道的一致性，扩展了雷达的工作频率范围和环境适应性，提高了雷达的可维修性。

Description

多通道雷达幅相自动校正方法和装置

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及多通道雷达的幅度和相位自动校正方法和装置。

背景技术

单脉冲跟踪雷达要求接收系统的和路、方位差路和仰角差路等三个接收通道在雷达工作频段内要求具有严格相位和幅度一致性，在实际工程中，由于元器件和传输线的差别，必须对这三个通道的相位和幅度进行补偿和调整。

目前国内普遍采用的校正方法是利用在天线远场架设信号源进行逐个测试，根据测试结果调整高频和中频端的馈线长度，该方法易于实现且成本较低，但需要针对每个频点进行测试，继而修正馈线长度。当频段变化后，需要重新测试以修正馈线长度，因此不能适用于宽带系统，存在环境适用性差、难以实时标定的缺点，不方便使用和维护。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于通过对雷达各个通道之间的相位和幅度差别进行自动校正，减小接收通道的性能变化对雷达系统性能的影响，提高接收系统的自我检测能力；提高雷达的工作频带范围和环境适应性，实现系统的易用性和可维护性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种多通道雷达幅相自动校正方法，包括如下步骤：

第一步，在自动校正状态，雷达系统不工作，产生频率和幅度稳定的射频测试信号馈入馈源；

第二步，射频测试信号经馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路信号，三路信号分别经接收机、模数转换器ADC和数字下变频器的处理；

第三步，在处理后的三路信号中，以其中一路信号S1为基准信号，利用鉴相器获得其他两路信号S2、S3相对于基准信号的相位差，即Δ₁₂＝θ1-θ2和Δ₁₃＝θ1-θ3；利用幅度检波器获得S2、S3两路信号相对于S1路信号的幅度比值，即

和

其中，θ1、θ2和θ3分别为S1、S2和S3路测试信号的相位，A₁、B₂和B₃分别为S1、S2和S3路测试信号的幅度；存储各相位差和各幅度比值的数据；

第四步，令雷达系统进入工作状态，接收并处理目标回波；根据存储的相位差和幅度比值，对馈源产生的三路目标回波信号的数据进行修正，修正方法如下：

对S2路目标回波乘上幅度修正系数和相位修正系数exp(jΔ₁₂)；对S3路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₃)；

其中，A′₁、B′₂和B′₃分别为S1、S2和S3路目标回波的幅度；

第五步，当发射频率范围改变或者工作环境变化时，重复以上步骤一到四。

其中，存在射频测试信号产生装置到馈源之间的射频信号通道以及相应的开关，在测试状态下，信号处理分机将控制信息传送到射频测试信号产生装置，射频测试信号产生装置据此产生射频测试信号，测试信号经开关馈入馈源，经接收系统生成多路信号；在雷达工作状态下，断开开关保证雷达的正常工作；当发射频率范围改变时，射频测试信号根据信号处理命令作相应改变。

较佳地，设基准信号为和路信号，则：

第三步包括：以和路信号为基准信号，利用鉴相器获得方位差路和俯仰差路相对于和路信号的相位差，即Δ_A＝θ_∑-θ_ΔA、Δ_E＝θ_∑-θ_ΔE；利用幅度检波器获得方位差路和俯仰差路相对于和路信号的幅度比值，即

和

其中，A_∑、B_ΔA和B_ΔE分别表示和路、方位差路和俯仰差路的信号幅度，θ_∑、θ_ΔA和θ_ΔE分别为和路、方位差路和俯仰差路信号的相位；存储各相位差和各幅度比值的数据；

所述第四步的修正方法包括：

对方位差路目标回波乘上幅度修正系数和相位修正系数exp(jΔ_A)；对俯仰差路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ_E)；

其中，A′_∑、B′_ΔA和B′_ΔE分别表示和路、方位差路和俯仰差路的目标回波信号幅度。

一种多通道雷达幅相自动校正装置，包括：频率合成器、控制开关、馈源、三路处理通道、角误差计算单元、幅度计算单元、参数存储单元和数据修正单元；每个处理通道包括顺序相连的接收机、ADC、数字下变频器，接收机连接馈源，数字下变频器连接转换开关；转换开关的位置1连接角误差计算单元和幅度计算单元，转换开关的位置2连接数据修正单元；

在自动校正状态下，雷达系统不工作，接通控制开关，频率合成器产生的频率和幅度稳定的射频测试信号通过控制开关馈入馈源；馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路测试信号，三路测试信号分别进入三个处理通道，频率合成器还为接收机、数字下变频器提供相参本振；

此时，三个处理通道的转换开关接到位置1，经处理通道处理的三路测试信号经转换开关进入角误差计算单元和幅度计算单元；

角误差计算单元，以其中一路信号S1为基准信号，利用鉴相器获得其他两路信号S2、S3相对于基准信号的相位差，即Δ₁₂＝θ1-θ2和Δ₁₃＝θ1-θ3，并发送给参数存储单元存储；其中，θ1、θ2和θ3分别为S1、S2和S3路测试信号的相位；

幅度计算单元，利用幅度检波器获得S2、S3两路信号相对于S1路信号的幅度比值，即

和并发送给参数存储单元存储；其中，A₁、B₂和B₃分别为S1、S2和S3路测试信号的幅度；

断开控制开关，令雷达系统进入工作状态，目标回波经过馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路目标回波信号，三路目标回波信号分别进入三个处理通道；

此时，三个处理通道的转换开关接到位置2，经处理通道处理的三路目标回波信号经转换开关进入数据修正单元；

数据修正单元根据参数存储单元存储的相位差和幅度比值，对三路目标回波信号进行修正，修正方法如下：

对S2路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₂)；对S3路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₃)；

其中，A′₁、B′₂和B′₃分别为S1、S2和S3路目标回波的幅度；

当发射频率范围改变或者工作环境变化时，各组成单元重复以上操作。

本发明与现有技术相比，其显著效果为：

(1)本发明没有利用馈线，而是采用软件修正的方式保证各个通道信号在幅度和相位上的一致，减小接收通道的性能变化对雷达系统性能的影响，提高接收系统的自我检测能力。

(2)实现测试与校正的自动化，缩短测试过程时间，减少测试难度。

(3)当发射频点改变或者雷达工作环境变化时，接收通道的幅相特性不可避免的发生变化，利用本发明可以准确方便的对其变化进行测量并加以修正，保证各个通道的一致性，扩展了雷达的工作频率范围和环境适应性，常规方法很难实现。

(4)测试校正过程简单，环境适用性较佳，能够实时标定，且方便使用和维护，提高了多通道雷达系统的可维修性。

该自动测试与校正方法已经用于雷达新研设备中。

附图说明

图1是本发明自动校正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

单脉冲跟踪雷达存在至少三个接收通道，为了获得目标偏离雷达轴向的角度，接收系统必须保证在全频段内和路、方位差路和仰角差路的相位和幅度特性保持较为严格的一致性。

因此，本发明提供了一种多通道雷达幅相自动校正方法，其基本思想为：雷达系统工作之前，将同一射频测试信号经馈源分别馈入多通道雷达系统的各个接收通道中，获得各接收通道的相位特性和幅度特性，以其中一个通道信号为基准信号，计算其他通道的信号与基准信号之间的相位差和幅度比值；然后令雷达系统工作，利用之前获得的相位差和幅度比值对各通道的目标回波进行自动修正，保证各个通道在幅度和相位上的一致性。当发射频率范围改变或者工作环境变化时，重复以上步骤即可。

可见，本发明没有利用馈线，而是采用软件修正的方式保证各个通道信号在幅度和相位上的一致。当频段变化后重新测试过程简单，适用于宽带系统，而且环境适用性较佳，能够实时标定，且方便使用和维护。

具体来说，该多通道雷达幅相自动校正方法包括如下步骤：

第一步，在自动校正状态，雷达系统不工作，外部产生频率和幅度稳定的射频测试信号馈入馈源。

第二步，射频测试信号经馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路信号，三路信号分别经接收机、模数转换器(ADC)和数字下变频器的处理。

第三步，在处理后的三路信号中，以其中一路信号S1为基准信号，利用鉴相器获得其他两路信号S2、S3相对于基准信号的相位差，即Δ₁₂＝θ1-θ2和Δ₁₃＝θ1-θ3；利用幅度检波器获得S2、S3两路信号相对于S1路信号的幅度比值，即

和

其中，θ1、θ2和θ3分别为S1、S2和S3路测试信号的相位；A₁、B₂和B₃分别为S1、S2和S3路测试信号的幅度；存储各相位差和各幅度比值的数据。

第四步，令雷达系统进入工作状态，接收并处理目标回波；根据存储的相位差和幅度比值，对馈源产生的三路目标回波信号的数据进行修正，使各个通道的相位保持一致，幅度比值与理论值一致；修正方法如下：

对S2路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₂)；对S3路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₃)；

其中，A′₁、B′₂和B′₃分别为S1、S2和S3路目标回波的幅度。

第五步，当发射频率范围改变或者工作环境变化时，重复以上步骤一到四。

至此，本流程结束。

其中，基准信号可以为和路、方位差路和仰角差路中的任意一路。下面以基准信号可以为和路为例，具体描述一种实现上述方法的自动校正装置。

如图1所示，该装置包括：频率合成器、控制开关、馈源、三路处理通道、角误差计算单元、幅度计算单元、参数存储单元和数据修正单元；每个处理通道包括顺序相连的接收机、ADC和数字下变频器。接收机连接馈源，数字下变频器连接转换开关；转换开关的位置1连接角误差计算单元和幅度计算单元，转换开关的位置2连接数据修正单元。

控制开关的状态由信号处理控制，用于测试状态和正常工作状态之间的切换。

在自动校正状态下，雷达系统不工作，接通控制开关，频率合成器产生的频率和幅度稳定的射频测试信号通过控制开关馈入馈源；馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路测试信号，三路测试信号分别进入三个处理通道，频率合成器还为接收机、数字下变频器提供相参本振。

此时，三个处理通道的转换开关1～3接到位置1，该转换开关可由软件控制，经处理通道处理的三路测试信号经转换开关进入角误差计算单元和幅度计算单元。

三路接收机输出的信号具有如下形式：

s_∑＝A_∑exp[j(ω_It+θ_∑)]；

s_ΔA＝B_ΔAexp[j(ω_It+θ_ΔA)]；

s_ΔE＝B_ΔEexp[j(ω_It+θ_ΔE)]；

其中A_∑、B_ΔA和B_ΔE分别表示和路、方位差路和俯仰差路的信号幅度，可由幅度检波器获得；θ_∑、θ_ΔA和θ_ΔE分别为和路、方位差路和俯仰差路信号的相位，可由相位检波器获得；ω_I为中频频率。

角度误差计算单元，以和路信号为基准信号，利用鉴相器获得方位差路信号相对于和路信号的相位差，即Δ_A＝θ_∑-θ_ΔA，以及俯仰差路信号相对于和路信号的相位差，即Δ_E＝θ_∑-θ_ΔE，并将计算结果交由参数存储单元进行存储。

幅度计算单元，以和路信号为基准信号，利用幅度检波器获得方位差路信号相对于和路信号的幅度比，即以及俯仰差路信号相对于和路信号的幅度比，即

并将计算结果交由参数存储单元进行存储。

在雷达系统正常工作状态，控制开关断开，同时转换开关1～3接到位置2，目标回波经过馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路目标回波信号，三路目标回波信号分别进入三个处理通道。

馈源接收目标回波信号具有如下形式：

s′_∑＝A′_∑exp[j(ω_dt+θ′_∑)]

s′_ΔA＝B′_ΔAexp[j(ω_dt+θ′_ΔA)]

s′_ΔE＝B′_ΔEexp[j(ω_dt+θ′_ΔE)]

其中A′_∑、B′_ΔA和B′_ΔE分别表示和路、方位差路和俯仰差路的目标回波信号幅度，θ′_∑、θ′_ΔA和θ′_ΔE分别为和路、方位差路和俯仰差路目标回波信号的相位，ω_d为迭加目标多普勒的中频信号频率。

信号经接收机、ADC和数字下变频器的处理后经由转换开关进入数据修正单元，数据修正单元根据参数存储单元内存储的数据对目标回波信号进行修正。修正方法如下：

以和路信号为基准，对方位差路和俯仰差路信号乘上修正系数，使修正后的方位差路和俯仰差路信号分别为：

$s_{\mathrm{\ΔA}}^{\′\′}=\frac{k_A^{\′}}{k_A}\exp \left(j{\mathrm{\Δ}}_A\right)\·B_{\mathrm{\ΔA}}^{\′}\exp \left[j({\mathrm{\ω}}_{d}t+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\ΔA}}^{\′})\right]$

$s_{\mathrm{\ΔE}}^{\′\′}=\frac{k_E^{\′}}{k_E}\exp \left(j{\mathrm{\Δ}}_E\right)\·B_{\mathrm{\ΔE}}^{\′}\exp \left[j({\mathrm{\ω}}_{d}t+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\ΔE}}^{\′})\right]$

其中，

为方位差路幅度修正系数，

为俯仰差路幅度修正系数，

将方位采样数据乘上exp(jΔ_A)对其相位进行修正，将俯仰采样数据乘上exp(jΔ_E)对其相位进行修正。修正后的数据发给后端的中频接收机。

当发射频率范围改变或者工作环境变化时，导致各个通道相位误差和幅度误差变化，需要对其进行再次修正，此时需要切换到测试状态，系统自动重复以上步骤进行自动修正。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多通道雷达幅相自动校正方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，在自动校正状态，雷达系统不工作，产生频率和幅度稳定的射频测试信号馈入馈源；

第二步，射频测试信号经馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路信号，三路信号分别经接收机、模数转换器ADC和数字下变频器的处理；

第三步，在处理后的三路信号中，以其中一路信号S1为基准信号，利用鉴相器获得其他两路信号S2、S3相对于基准信号的相位差，即Δ₁₂＝θ1-θ2和Δ₁₃＝θ1-θ3；利用幅度检波器获得S2、S3两路信号相对于S1路信号的幅度比值，即和

其中，θ1、θ2和θ3分别为S1、S2和S3路测试信号的相位，A₁、B₂和B₃分别为S1、S2和S3路测试信号的幅度；存储各相位差和各幅度比值的数据；

第四步，令雷达系统进入工作状态，接收并处理目标回波；根据存储的相位差和幅度比值，对馈源产生的三路目标回波信号的数据进行修正，修正方法如下：

对S2路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₂)；对S3路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₃)；

其中，A′₁、B′₂和B′₃分别为S1、S2和S3路目标回波的幅度；

第五步，当发射频率范围改变或者工作环境变化时，重复以上步骤一到四。

2.根据权利要求1所述的多通道雷达幅相自动校正方法，其特征在于：存在射频测试信号产生装置到馈源之间的射频信号通道以及相应的开关，在测试状态下，信号处理分机将控制信息传送到射频测试信号产生装置，射频测试信号产生装置据此产生射频测试信号，测试信号经开关馈入馈源，经接收系统生成多路信号；在雷达工作状态下，断开开关保证雷达的正常工作；当发射频率范围改变时，射频测试信号根据信号处理命令作相应改变。

3.根据权利要求1所述的多通道雷达幅相自动校正方法，其特征在于：设基准信号为和路信号，则：

第三步包括：以和路信号为基准信号，利用鉴相器获得方位差路和仰角差路相对于和路信号的相位差，即Δ_A＝θ_∑-θ_ΔA、Δ_E＝θ_∑-θ_ΔE；利用幅度检波器获得方位差路和仰角差路相对于和路信号的幅度比值，即

和

其中，A_∑、B_ΔA和B_ΔE分别表示和路、方位差路和仰角差路的信号幅度，θ_∑、θ_ΔA和θ_ΔE分别为和路、方位差路和仰角差路信号的相位；存储各相位差和各幅度比值的数据；

所述第四步的修正方法包括：

对方位差路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ_A)；对仰角差路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ_E)；

其中，A′_∑、B′_ΔA和B′_ΔE分别表示和路、方位差路和仰角差路的目标回波信号幅度。

4.一种多通道雷达幅相自动校正装置，其特征在于，包括：频率合成器、控制开关、馈源、三路处理通道、角误差计算单元、幅度计算单元、参数存储单元和数据修正单元；每个处理通道包括顺序相连的接收机、ADC和数字下变频器，接收机连接馈源，数字下变频器连接转换开关；转换开关的位置1连接角误差计算单元和幅度计算单元，转换开关的位置2连接数据修正单元；

在自动校正状态下，雷达系统不工作，接通控制开关，三个处理通道的转换开关接到位置1；

此时，频率合成器产生的频率和幅度稳定的射频测试信号通过控制开关馈入馈源；馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路测试信号，三路测试信号分别进入三个处理通道进行处理后，经转换开关进入角误差计算单元和幅度计算单元；

角误差计算单元，以其中一路信号S1为基准信号，利用鉴相器获得其他两路信号S2、S3相对于基准信号的相位差，即Δ₁₂＝θ1-θ2和Δ₁₃＝θ1-θ3，并发送给参数存储单元存储；其中，θ1、θ2和θ3分别为S1、S2和S3路测试信号的相位；

幅度计算单元，利用幅度检波器获得S2、S3两路信号相对于S1路信号的幅度比值，即

和

并发送给参数存储单元存储；其中，A₁、B₂和B₃分别为S1、S2和S3路测试信号的幅度；

令雷达系统进入工作状态，断开控制开关，三个处理通道的转换开关接到位置2；

此时，目标回波经过馈源产生和路、方位差路和仰角差路共三路目标回波信号，三路目标回波信号分别进入三个处理通道进行处理后，经转换开关进入数据修正单元；

数据修正单元根据参数存储单元存储的相位差和幅度比值，对三路目标回波信号进行修正，修正方法如下：

对S2路目标回波乘上幅度修正系数和相位修正系数exp(jΔ₁₂)；对S3路目标回波乘上幅度修正系数

和相位修正系数exp(jΔ₁₃)；

其中，A′₁、B′₂和B′₃分别为S1、S2和S3路目标回波的幅度；

当发射频率范围改变或者工作环境变化时，各组成单元重复以上操作。