一种用于雷达设备的幅相一致性补偿系统的制作方法

本发明涉及雷达领域，特别涉及一种用于多部雷达设备之间的幅相一致性补偿系统。

背景技术：

雷达是一种用于检测和定位目标的电磁系统，在人民生活中广泛应用，特别是在军事领域。雷达通过自身发射射频能量辐射到空间，当遇到物体时由目标物体反射回波信号来进行探测工作。返回到雷达的反射能量不仅表明了在某一方位上存在目标，而且还能通过比较回波信号与发射信号的差值来确定目标物体的具体信息，比如方位、速度等。

雷达的基本工作原理是，发射机发射脉冲或者连续波的电磁信号，由天线发射到空间中。当发射的电磁信号遇到目标物体时，会被目标物体拦截，并且向多个方向上扩散，也就是再辐射。向后方辐射的雷达电磁信号会被发射雷达的天线采集和接收，然后交由接收机。由接收机处理后，确定目标物体的具体方位。通过测量雷达最初发射的信号到达目标物体后并经目标物体反射回来的时间，计算出目标物体的距离。目标的角度可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽带雷达天线所指向的方向而获得。以上是静止目标的定位方法。对于运动的目标，由于多普勒效应回波信号的频率会漂移，该频率漂移与目标相对于雷达的速度成正比。多普勒频移广泛应用与雷达中，作为将所要的运动目标从自然环境，如陆地、海洋或者雨反射回来的“杂波”回波中分离出来的基础。

众所周知，相控阵雷达信号处理要接收多路信号。以三通道（和通道、俯仰差通道、方位差通道）多功能相控阵雷达为例，必须要求三通道的幅度、相位保持一致，否则不但影响测角精度，严重会导致角误差方向错误、失跟目标。雷达信号经过电磁波传送、到达雷达天线、天线馈电、混频前中、数字中频接收机到信号处理机，三通道的幅度相位很难保持一致，在模拟前端进行幅度相位的补偿调节是很难做到的。可以通过数字方法在信号处理内完成幅度相位的补偿，使三路视频输出相位达到一致。

目前为了保持三路信号的幅度一致性，都是通过模拟agc分别进行调节，但精度不高；为了保持相位一致性，在很多解决方案中是通过电缆配相的办法实现，在实际操作中比较困难，稳定性差、且准确性难以保证，存在较大误差。在环境恶劣的条件下，相位变化较大，更加难以调整。

现有技术中，大部分解决方案还是采用电缆配相的办法实现，如图1所示。信号源反射雷达回波后由相控阵天线接收空口信号，然后数字信号接收机接收处理，交给信号处理器分析雷达信号，最终形成分析结果输出。少数比较成熟的相控阵雷达上出现了由雷达自身的dsp采用数字自动策略及补偿技术来解决幅相一致性的问题；但是由于雷达自身的dsp担负着处理雷达信号的任务,再负责其他大计算任务可能会对雷达自身的信号处理的性能造成影响。而且随着雷达处理目标的增多，以及相控阵雷达中大数据量的出现，需要计算的补偿算法比较耗时和耗资源。dsp还需要负责雷达本身的信号处理，所以dsp对幅相一致性算法的计算可能出现一定的时延，导致最终计算结果不准确。

现在，在一种多雷达系统的场合，比如战场中指挥所，同时存在多部雷达来监控多个方位多种目标，最终信息都汇聚到指挥所中，如果存在处理时延，将会导致不可预见的结果。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种用于雷达设备的幅相一致性补偿系统，通过以下技术方案实现：

一种用于雷达设备的幅相一致性补偿系统，用以对雷达系统中的雷达三路通道（和通道、俯仰差通道、方位差通道）的幅度和相位保持一致性。包括：雷达设备、幅相修正服务器和显示器。其中幅相修正服务器包括信号混合输入器、幅相一致性修正器和信号混合输出器；雷达设备包括相控阵天线、数字接收机、雷达幅相一致性修正器、雷达幅相叠加分析器和雷达信号处理器。

雷达设备用于接收空口中目标物体返回的雷达波，经过雷达自身的dsp进行幅相一致性修复后再处理信号。雷达设备为单台雷达，在存在多台雷达的系统中，每台雷达均与单台雷达一样，至少包括相控阵天线、数字接收机、雷达幅相一致性修正器、雷达幅相叠加分析器和雷达信号处理器。

幅相修正服务器用于把雷达设备输入的雷达信号经过信号混合输入器接收后，交给幅相一致性修正器处理，然后把处理后的信号交给信号混合输出器返回给输入信号的雷达。

显示器用于把最终分析后的目标信息呈现出来。

信号混合输入器用于接收多台雷达设备的信号输入，并且保存该信号来自哪一台雷达设备；然后把信号交给幅相一致性修正器进行处理。

幅相一致性修正器负责根据输入的雷达信号进行三通道的幅度和相位一致性的修复。

信号混合输出器用于把经过幅相一致性修正器处理的信号根据信号混合输入器保存的对应关系，把经过修正的信号正确输出给输入信号的雷达设备。

雷达设备中的相控阵天线负责从空口接收目标物体的雷达回波。

数字接收机用于处理相控阵天线接收到的回波，然后把接收到的回波交给雷达幅相一致性修正器进行处理。

雷达幅相一致性修正器是雷达自身具备的幅相一致性修正器，用来对雷达的三通道信号的幅度和相位进行一致性修正。

雷达幅相叠加分析器用来把经过幅相修正服务器修正后的该雷达的修正数据导入到雷达设备中。

雷达信号处理器用于处理经过自身雷达幅相一致性修正器和幅相修正服务器修正后的三通道信号。

战场上的作战指挥所中的雷达设备，通过相控阵天线接收空口雷达回波后，交给数字接收机接收处理，然后经过雷达自身的幅相一致性修正器修正后，再经过幅相修正服务器再次修正，然后把经过幅相修正服务器修正的数据叠加到自身修正的数据上，最终交给雷达信号处理器进行分析处理。经过两次修正的信号，可以更加精确的显示目标物体的状态信息。

本发明中，可以是一台雷达设备，也可以是多台雷达设备。如果系统中存在多台雷达设备，通过信号混合输入器可以区分哪一台雷达设备的信号输入到幅相一致性修正器中，计算后，经过信号混合输出器输出给对应雷达的幅相叠加分析器进行叠加处理，最终经过雷达信号处理后显示出来。

附图说明

图1所示的是现有技术下的雷达设备的示意图；

图2所示的是本发明实施方式中的系统结构图。

图中：雷达设备（1）、幅相修正服务器（2）、显示器（3）、信号混合输入器（4）、幅相一致性修正器（5）、信号混合输出器（6）、相控阵天线（7）、数字接收机（8）、雷达幅相一致性修正器（9）、雷达幅相叠加分析器（10）、雷达信号处理器（11）和目标信号源（12）。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图2所示，一种用于雷达设备的幅相一致性补偿系统，用以对存在多部雷达的系统中的雷达三路通道（和通道、俯仰差通道、方位差通道）的幅度和相位保持一致性。包括：雷达设备1、幅相修正服务器2和显示器3。其中幅相修正服务器2包括信号混合输入器4、幅相一致性修正器5和信号混合输出器6；雷达设备1包括相控阵天线7、数字接收机8、雷达幅相一致性修正器9、雷达幅相叠加分析器10和雷达信号处理器11。

雷达设备1用于接收空口中目标物体返回的雷达波，经过雷达自身的dsp进行幅相一致性修复后再处理信号。雷达设备1为单台雷达设备，在存在多台雷达的系统中，每台雷达均与单台雷达一样，至少包括相控阵天线7、数字接收机8、雷达幅相一致性修正器9、雷达幅相叠加分析器10和雷达信号处理器11。

幅相修正服务器2用于把雷达设备1输入的雷达信号经过信号混合输入器4接收后，交给幅相一致性修正器5处理，然后把处理后的信号交给信号混合输出器6返回给输入信号的对应的雷达设备1。

雷达设备1与幅相修正服务器2中的信号混合输入器4通过信号线直接连接；同样，幅相修正服务器2中的信号混合输出器6也直接通过信号线连接到雷达设备1中的雷达幅相叠加分析器10上。

显示器3用于把最终分析后的目标信息显示出来。显示器3通过视频信号线与雷达设备1连接。

信号混合输入器4用于接收多台雷达设备1的信号输入，并且保存该信号来自哪一台雷达设备1；然后把信号交给幅相一致性修正器5进行处理。该发明中的信号混合输入器4有64个信号输入口，支持同时处理64台雷达设备1的信号输入。

幅相一致性修正器5负责根据输入的雷达信号进行三通道的幅度和相位一致性的修复。

具体算法如下：

设和通道信号为：ss(t)=as*exp(j*(wt+fs))；

方位差通道信号为：sa(t)=aa*exp(j*(wt+fa))；

俯仰差通道信号为：se(t)=ae*exp(j*(wt+fe))。

这些通道信号可以看作为零中频的复信号，因为都是同频连续波由信标发射，因此它们的复频率w相同，但受接收通道影响它们的幅度相位不同。其中as为和通道的幅度，fs为和通道的初始相位，其它通道类似。采用和通道信号做为参考信号，通过鉴幅鉴相可以得到方位差通道与和通道的幅度比为：△as/a=as/aa，相位差为：△fs-a=fs-fa。再通过幅相控制器得到复补偿系数：ca=△as/a*exp(j*△fs-a)，最后通过幅相补偿使方位差通道乘以复补偿系数得：sca(t)=ca*sa(t)=as*exp(j*(wt+fs))=ss(t),使得方位差通道同和通道的幅度相位保持一致。此过程为闭环控制过程直到幅度相位保持一致。同样俯仰差通道也用相同的处理方法使幅度相位保持与和通道一致。通过自动测量及补偿技术使得三通道幅度相位保持一致。

信号混合输出器6用于把经过幅相一致性修正器5处理的信号根据信号混合输入器4保存的对应关系，把经过修正的信号正确输出给输入信号的雷达设备1。信号混合输出器6通过信号线与雷达设备1中的雷达幅相叠加分析器10连接。

雷达设备1中的相控阵天线7负责从空口接收目标物体的雷达回波。

数字接收机8用于处理相控阵天线（7）接收到的回波，然后把收到的回波交给雷达幅相一致性修正器9进行处理。

雷达幅相一致性修正器9是雷达设备1自身具有的幅相一致性修正器，直接焊接在雷达设备1的雷达信号处理器11的外围电路上，用来对雷达设备1的三通道信号的幅度和相位进行一致性修正，通过sdio接口与雷达设备1通信。修正原理同幅相修正服务器2中的幅相一致性修正器5的工作原理。

雷达幅相叠加分析器10用来把经过幅相修正服务器2修正后的该雷达的修正数据导入到雷达设备1中。雷达幅相叠加分析器10与信号混合输出器6通过信号线连接，判断是否有来自该信号线的信号。如果有信号，说明该雷达设备1的信号经过了幅相修正服务器2再次修正，所以需要把该信号叠加到雷达设备1自身的雷达幅相一致性修正器9修正的数据上。采用求和取平均的算法得出最终修正数据。

雷达信号处理器11用于处理经过自身的雷达幅相一致性修正器9和幅相修正服务器2中的幅相一致性修正器5修正后的三通道信号。

利用本发明，充分利用了服务器强大的计算能力，结合雷达设备1自身的修正能力，可以更精确的修正三通道的幅度和相位的一致性。

在本实施例中，雷达设备1自身具有雷达幅相一致性修正器9。在其他实施例中，雷达设备1自身可以不具备雷达幅相一致性修正器9，而完全由幅相修正服务器2来修正幅度和相位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。