一种外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正方法及系统，将阵列天线经过两次或两次以上的旋转，通过时域相关运算分离出每次旋转的最强径信号，利用高信噪比的最强径信号估计通道幅度失配系数，实现幅度校正；利用已经过幅度校正的最强径信号和阵列天线旋转的角度信息估计通道相位失配系数，实现相位校正。本发明完全不需要任何辅助信号源，是一种真正的无源通道校正技术方案，其优势在于：不存在有源通道校正方法面临的回波干扰，多径效应等棘手问题；利用了每次阵列旋转的最强径信号，具有良好的精度和稳健性，操作简单；大大改善了雷达的应用灵活性；在提高探测性能的同时，大幅降低了雷达的研制成本和维护费用。
【专利说明】一种外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及阵列校正【技术领域】，特别是涉及一种外辐射源雷达旋转阵列的无源通 道校正方法及系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，利用广播、电视、卫星等民用照射源的外辐射源雷达探测技术越来越受到 大家的重视。外辐射源雷达系统本身不需要发射信号，直接利用环境中已有的或者目标本 身发射的电磁波信号进行目标探测与定位，因此具有抗干扰、抗反辐射导弹、抗低空突防和 反隐身的综合"四抗"潜力。外辐射源雷达的若干关键技术一直是雷达界的研究热点，国内 外学者的研究主要集中在：多径杂波抑制、目标检测、目标跟踪、成像和优化布站等方面，然 而很少有关于外辐射源雷达阵列校正问题的报道。
[0003] 现有的阵列通道校正方法可以分为有源和无源两类。在有源校正方法中又包括远 场校正和近场校正，其中远场校正将辅助信号源置于天线前方足够远的开阔场地发射校正 信号，再测量各接收通道的输出，扣除阵列空间位置引起的相位差，得到阵列误差信息，该 校正方法辅助信号源的放置和维护是一件麻烦的事，且难以做到实时校正，此外，当辅助信 号源方位信息出现偏差会给校正带来系统误差。相比之下，近场校正将辅助信号源置于天 线阵附近，使得辅助信号源的放置和维护相对容易，且能够实现实时校正，但是阵列天线近 场电磁环境复杂，校正信号回波不是理论上的球面波，使得应扣除的空间相位差不能根据 简单的几何关系计算，导致该方法的测量精度较低。
[0004] 在无源校正方法中，无需方位准确已知的辅助信号源，直接利用接收的实测 数据和一些先验信息（如阵列旋转的角度）估计信道失配系数，然后继续补偿校正， 目前国内外提出了多种有效的方法，如Wylie Μ P，Roy S，Messer Η的文献Joint D0A estimation and phase calibration of linear equispaced(LES)arrays [J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 1994, 42 (12) :3449_3459,提出利用均勻线阵接 收信号协方差矩阵的Toeplitz特性求解阵列误差，但解存在模糊，必须添加相应的限 制条件；Weiss A J, Friedlander B.的文献 Eigenstructure methods for direction finding with sensor gain and phase uncertainties[J]. Circuits Systems Signal Process, 1990,9(3) :271-300,提出利用噪声子空间与信号子空间的正交性，构造代价函 数，通过迭代运算求得校正信号源方位和阵列误差，但对于均匀线阵，该方法的解也存在模 糊；Rockah Y，Messer H，Schultheiss P M.的文献，提出利用多个在时间或频谱上不重叠 的未知方位回波信号，通过最大似然估计阵列误差，但要求阵列为非直线阵。由于均匀线阵 导向矢量的范德蒙特性，因此以上无源校正方法应用于因结构和信号处理简单而被广泛使 用于外辐射源雷达的均匀线阵中会存在解模糊而无法有效的校正。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是利用外辐射源雷达接收的强多径回波，提供一种利用阵列旋转的 无源通道校正技术方案，以减少通道幅相失配，提高雷达系统性能。
[0006] 本发明的技术方案为一种外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正方法，包括以下 步骤：
[0007] 步骤1，将阵列天线经过两次或两次以上的旋转，设阵列旋转次数为R，通 过时域相关运算分离出每次旋转的最强径信号W⑷，得到取均值后的最强径信号 Χ=^?.ν:⑷，f =1，2,…，μ Μ为阵列天线的阵元个数，r = 0, 1，2···，R-l，OFDM符号序号 ly h=\ M y b = 1，2,…，N，N为最强径信号样本数；
[0008] 步骤2,利用步骤1获取的最强径信号估计通道幅度失配系数如下，
[0009]
【权利要求】
1. 一种外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，将阵列天线经过两次或两次以上的旋转，设阵列旋转次数为R，通过时域相关 运算分离出每次旋转的最强径信号得到取均值后的最强径信号i= 1，2,…，M，M为阵列天线的阵元个数，r= 0, 1，2…，R-1，0FDM符号序号b= 1，2,…，N，N为 最强径信号样本数； 步骤2,利用步骤1获取的最强径信号估计通道幅度失配系数如下，
根据所得通道幅度失配系数估计值实现幅度校正，其中免为阵元i的通道幅度失配 系数估计值，X为阵元1相应取均值后的最强径信号； 步骤3,相位校正，包括以下子步骤， 步骤3.1，首先对最强径信号进行幅度校正并归一化处理，得到 =(>';/瓦)/>';'?步骤3.2，利用已经过幅度校正并归一化处 理的最强径信号厂通过最大似然算法估计出最强径信号的来波方向 4 =mjnj) -j(的[，矽 1Jh(的=m严tr(P躺妙H);其中
9为最强径信号的到达角，t为阵列天线第r次旋转的角度，diag[a]为向量a转变 成的对角阵，d为阵元间距，A为信号载波波长； 步骤3. 3,最后利用估计的最强径信号来波方向通过最小二乘算法估计出通道相位 失配系数S= (如(叫、H (如，实现相位校正；其中 6 = [e'* e队--? e^]T t为阵元i的通道相位失配系数，i为S的估计值。
2. 根据权利要求1所述外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正方法，其特征在于：步 骤1中，通过时域相关运算分离出每次旋转的最强径信号 < ⑷实现方式为， 利用经信号重构获得的参考信号与阵元通道接收的信号Oo做时域相关运算， AW H=U 其中，n为数字采样点序号，n= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-1，m= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-I; <办)为第！次旋转时旋转阵列中第i个天线接收符号b的回波信号； ?为阵列天线第r次旋转时符号b的参考信号做m个单位延时并取共轭后的 信号； 尤和)为第r次旋转时旋转阵列中的第i个天线接收符号b回波的多径信号； 然后取最大值为最强径信号。
3. -种外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正系统，其特征在于，包括以下模块： 最强径信号提取模块，用于将阵列天线经过两次或两次以上的旋转，设阵列旋转次数 为R，通过时域相关运算分离出每次旋转的最强径信号X(/>)，得到取均值后的最强径信号 〈⑷，i= 1，2,…，M，M为阵列天线的阵元个数，r= 0, 1，2…，R-1，0FDM符号序号 t=i b=1，2,…，N，N为最强径信号样本数； 通道幅度失配系数提取模块，用于利用最强径信号估计通道幅度失配系数如下，
根据所得通道幅度失配系数估计值实现幅度校正，其中为阵元i的通道幅度失配 系数估计值，X为阵元1相应取均值后的最强径信号； 相位校正模块，包括以下子步骤， 第一校正子模块，用于对最强径信号进行幅度校正并归一化处理，得到J.;. = ()，;./免 来波方向估计模块，用于利用已经过幅度校正并归一化处理 的最强径信号F通过最大似然算法估计出最强径信号的来波方向
e为最强径信号的到达角，t为阵列天线第r次旋转的角度，diag[a]为向量a转变 成的对角阵，d为阵元间距，A为信号载波波长； 第二校正子模块，用于利用估计的最强径信号来波方向 < 通过最小二乘算法估计出 通道相位失配系数纟=^h⑷f，(如，实现相位校正；其中
叭为阵元i的通道相位失配系数，J为S的估计值。
4.根据权利要求3所述外辐射源雷达旋转阵列的无源通道校正系统，其特征在于：最 强径信号提取模块中，通过时域相关运算分离出每次旋转的最强径信号W⑷实现方式为， 利用经信号重构获得的参考信号与阵元通道接收的信号O)做时域相关运算， 尤.(〃，)=(?kv(，卜㈨ H=O 其中，n为数字采样点序号，n= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-1，m= 0, 1，2, 3. ? .，Ns-I; 4(?)为第！次旋转时旋转阵列中第i个天线接收符号b的回波信号； </(?_〃〇为阵列天线第r次旋转时符号b的参考信号做m个单位延时并取共轭后的 信号；尤("〇为第r次旋转时旋转阵列中的第i个天线接收符号b回波的多径信号； 然后取最大值为最强径信号。
【文档编号】G01S7/40GK104267386SQ201410553924
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】万显荣, 方高, 方亮, 程丰 申请人:武汉大学