专利名称：一种数字阵列雷达频率步进信号相位补偿方法
技术领域：
本发明属于雷达信号处理技术领域，特别适用于调频步进雷达体制中的目标高精度距离及角度测量。
背景技术：
调频步进信号是一种具有高分辨能力的雷达信号，它发射一组脉间载频线性跳变、脉内线性调频的雷达脉冲，通过对各个子脉冲回波进行脉内脉冲压缩和脉间逆傅立叶变换(IFFT)处理获得目标的距离高分辨像。调频步进信号用线性调频子脉冲代替了频率步进信号中的简单脉冲，因此克服了雷达作用距离和单脉冲距离分辨力之间的矛盾，又能够在保持距离分辨力不变的条件下减少脉冲数，提高数据率，降低对系统处理带宽和采样率的要求。对于目前广泛应用的数字阵列雷达，其存在多个通道，若将调频步进信号运用于数字阵列雷达，则不仅每个通道内相位均会导致调频步进信号各频点相位非线性的情况，而且存在多个通道间相位误差特性不一致的情况。由于通道内频点相位非线性会带来一维距离像主瓣展宽、幅度下降等问题，进而导致目标的一维距离像失真。而通道间相位误差特性不一致则会造成合成方向图波束指向偏移，旁瓣升高，影响测角质量。为了解决这个问题，就必须选择合适的时间点进行相位补偿，现有的针对频率步进信号的相位补偿技术仅仅针对单通道的情况进行线性相位校正，但并没有考虑到数字阵列雷达在多通道的情况下存在校正后其各通道线性特征曲线斜率不一致对测角带来误差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种数字阵列雷达频率步进信号相位补偿方法，能够在数字阵列雷达应用中，消除通道间的相位误差给调频步进信号带来的影响，从而提高测距和测角精度。为达到上述目的，本发明的技术方案为:该方法包括如下步骤:第一步、数字阵列雷达具有多个通道，每个通道由I个天线阵元和I路接收机组成；每个通道发射一串频率步进信号子脉冲，并接收各子脉冲的目标回波信号；对目标回波信号进行处理，获得各子脉冲的视频回波信号；第二步、获得每个通道的视频回波补偿因子，具体为:针对每个通道，在该通道中，每个子脉冲的视频回波信号的各采样点中选取一个对应相位最大值的点作为该子脉冲的相位采样点，对于每个子脉冲的相位采样点及其对应相位值进行线性拟合得到当前通道的相位拟合直线；选取一个通道的相位拟合直线的斜率作为标准值，调整各通道相位拟合直线的斜率与标准值一致；对于每个通道，在调整后的相位拟合直线中，获取相位采样点对应的值，并在调整前的相位拟合直线中，同样获取相位采样点对应的值，二者之差作为该通道的视频回波补偿因子，对该通道视频回波信号的相位采样点使用该补偿因子进行补偿，补偿后的信号进行逆傅里叶变换IFFT输出高分辨距离像；第三步、获得每个通道的距离像补偿因子，具体为:对经第二步补偿后的各通道高分辨距离像，取峰值点的相位进行补偿，补偿值由各通道高分辨距离像在相同距离上的峰值点的相位差Δ炉与理想相位差之间的差值确定，补偿后Δρ与理想相位差之间的差值为0，记录对应数字阵列雷达的多个通道的一组补偿值，即为距离像补偿因子；第四步、在数字阵列雷达的信号处理过程中，在获得视频回波信号之后，使用所述视频回波补偿因子对视频回波信号各采样点的相位进行补偿；对补偿后的视频回波信号进行IFFT，获得高分辨距离像，使用所述距离像补偿因子对各通道高分辨距离像峰值点的相位进行补偿。进一步地，第一步中，通道发射的信号为一串线性调频Chirp子脉冲。有益效果:利用本发明所述补偿步骤得到补偿因子，不仅能够对线性调频步进回波信号进行合成高分辨前的通道内相位误差补偿，而且对合成高分辨像进行通道间相位误差补偿，理论上可形成目标的无展宽、主瓣幅度无下降的真实的一维高分辨距离像；解决了由于通道内相位误差及通道间相位误差带来的对测距及测角的影响，尤其适用于调频步进体制雷达对角度的高精度测量。
图1是本发明在工程上实际实施的信号处理流程图；图2是补偿前后的各通道高分辨距离像对比图；图3是补偿前后的合成方向图对比图。
具体实施例方式下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。如图1所示，本方法包括如下步骤:第一步、数字阵列雷达具有多个通道，每个通道由I个天线阵元和I路接收机组成；每个通道发射一串频率步进信号子脉冲，并接收各子脉冲的目标回波信号；对目标回波信号进行处理，获得各子脉冲的视频回波信号。其中对目标回波信号所进行的处理包括信号的米样。本实施例中以线性调频Chirp子脉冲串为例进行叙述，则第一步具体包括如下步骤:步骤101，假设数字阵列雷达具有M个通道，每个通道由I个天线阵元和I路接收机组成，对于通道m，其天线阵元Zm的发射信号为一串频率步进信号子脉冲，I < m < M。本实施例中所采用的频率步进信号为线性调频Chirp子脉冲串，该Chirp子脉冲串进行载频线性跳变，对其进行采样处理后获得线性调频Chirp子脉冲的一般数学模型，Chirp子脉冲表示为下式:
权利要求
1.一种数字阵列雷达频率步进信号相位补偿方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步、数字阵列雷达具有多个通道，每个通道由I个天线阵元和I路接收机组成；每个通道发射一串频率步进信号子脉冲，并接收各子脉冲的目标回波信号；对目标回波信号进行处理，获得各子脉冲的视频回波信号； 第二步、获得每个通道的视频回波补偿因子，具体为: 针对每个通道，在该通道中，每个子脉冲的视频回波信号的各采样点中选取一个对应相位最大值的点作为该子脉冲的相位采样点，对于每个子脉冲的相位采样点及其对应相位值进行线性拟合得到当前通道的相位拟合直线； 选取一个通道的相位拟合直线的斜率作为标准值，调整各通道相位拟合直线的斜率与标准值一致； 对于每个通道，在调整后的相位拟合直线中，获取相位采样点对应的值，并在调整前的相位拟合直线中，同样获取相位采样点对应的值，二者之差作为该通道的视频回波补偿因子，对该通道视频回波信号的相位采样点使用该补偿因子进行补偿，补偿后的信号进行逆傅里叶变换IFFT输出高分辨距离像； 第三步、获得每个通道的距离像补偿因子，具体为: 对经第二步补偿后的各通道高分辨距离像，取峰值点的相位进行补偿，补偿值由各通道高分辨距离像在相同距离上的峰值点的相位差Δ#与理想相位差之间的差值确定，补偿后Δρ与理想相位差之间的差值为O，记录对应数字阵列雷达的多个通道的一组补偿值，即为距离像补偿因子； 第四步、在数字阵列雷达的信号处理过程中，在获得视频回波信号之后，使用所述视频回波补偿因子对视频回波信号各采样点的相位进行补偿；对补偿后的视频回波信号进行IFFT，获得高分辨距离像，使用所述距离像补偿因子对各通道高分辨距离像峰值点的相位进行补偿。
2.如权利要求1所述的一种数字阵列雷达频率步进信号相位补偿方法，其特征在于，第一步中，通道发射的信号为一串线性调频Chirp子脉冲。
全文摘要
本发明公开了一种数字阵列雷达频率步进信号相位补偿方法，属于数字信号处理领域。本方法包括如下步骤一、数字阵列雷达每个通道发射一串频率步进信号子脉冲，获得视频回波信号；二、对于通道中各子脉冲的视频回拨信号，选取其最大值点的相位进行线性拟合，并补偿指定时刻的相位值，使得拟合直线斜率与理想斜率偏差为零，获得视频回波补偿因子，补偿后的信号进行IFFT输出高分辨距离像；三、补偿各通道高分辨距离像峰值点的相位，使得在相同距离上各通道距离像的峰值点的相位差与理想相位差一致，获得距离像补偿因子；四、将获得的视频回波补偿因子与距离像补偿因子应用于数字阵列雷达的信号处理过程中。本发明适用于数字阵列雷达的信号处理。
文档编号G01S7/40GK103163511SQ20131007121
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者刘海波, 龙腾, 姜菡 申请人:北京理工大学