CN102540153A - 一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法 - Google Patents

一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102540153A
CN102540153A CN2011104390900A CN201110439090A CN102540153A CN 102540153 A CN102540153 A CN 102540153A CN 2011104390900 A CN2011104390900 A CN 2011104390900A CN 201110439090 A CN201110439090 A CN 201110439090A CN 102540153 A CN102540153 A CN 102540153A
Authority
CN
China
Prior art keywords
direct
station
wave jamming
wave
frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104390900A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102540153B (zh
Inventor
吴雄斌
刘斌
李伦
徐新安
沈志奔
陈骁峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN 201110439090 priority Critical patent/CN102540153B/zh
Publication of CN102540153A publication Critical patent/CN102540153A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102540153B publication Critical patent/CN102540153B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法，高频地波雷达在基带处要接收到有较强干噪比的站间直达波干扰需要具备一定的条件，根据这些条件设置高频地波雷达的工作参数；确定站间直达波干扰的特征；根据这些特征对多帧距离回波谱进行搜索，确定站间直达波干扰所在的距离元信息，构造站间直达波干扰接收快拍数据，实现阵列幅相误差校准。本发明的优势在于：不需要额外的辅助信源就能实现有源校准，具有很好的精度和稳健性；利用非同步的站间直达波干扰即可校准，实现方法简单；运算量小；能长期稳定工作；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。

Description

一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法
技术领域
本发明涉及一种利用站间直达波干扰进行高频地波雷达阵列幅相一致性校准的方法。
背景技术
高频地波雷达采用MUSIC（Multiple Signal Classification）等超分辨算法进行海流DOA（Direction of Arrival）估计，其基本原理是根据Barrick提出的一阶海洋回波电磁散射理论对接收到的后向散射回波进行空间谱估计提取海流DOA信息。然而这类超分辨算法都是基于一定的信号模型，只有在模型误差较小时，估计结果才能精确和稳定，否则，其性能将严重下降，甚至完全失效。而在实际应用中，很难从硬件上实现完全理想的接收***，因此模型误差是不可避免的。对高频地波雷达而言，各接收通道幅相特性不一致是影响MUSIC 算法性能的关键因素。因此，需要在进行海洋表面动力学参数反演前，对阵列的幅相误差进行校准。
阵列误差校准方法主要分为有源校准和无源校准。
在有源校准方法中，将一已知信号源放至离阵列足够远的开阔场地，发射信号，测量各接收通道输出信号的幅度和相位，扣除阵列空间位置引起的相位差，即可得到通道误差信息。此校准方法原理简单，效果良好，在实际中得到了广泛应用。然而高频地波雷达的天线阵距海水较近，用辅助信号源来校准，费用昂贵且极为不便，难以长期工作。
在无源校准方法中，无需方向准确已知的信号源，直接利用接收的实测数据和一些先验知识（如阵列形式）将空间信源的方位与阵列的扰动参数进行联合估计，可同时完成方位估计和误差校准；此外，方位依赖的幅相误差校准方法将通道阵元位置及阵元耦合误差均等效为依赖于方位的幅相误差模型对阵列扰动参数进行校准。在王永良、陈辉等编著的《空间谱估计理论与算法》（清华大学出版社2004年）一书中对此方法有详细阐述。这些方法需要多次复杂的迭代运算，计算量很大，不一定满足实时性要求，且有可能收敛于局部最小值，而不是全局最小值，从而得到错误的结果。
武汉大学电波传播实验室提出了一种利用海洋回波中单DOA谱点进行通道校准的技术，这项技术对大量回波信号采用统计方法，没有复杂的迭代运算，计算量小，提高了通道校准的实时性、准确性和稳定性，具体实施细节可参考200610071360.6号中国发明专利申请“一种基于非直线天线阵列的无源通道校准方法”。但该发明相对于有源校准方法来说，其校准结果的准确性和稳定性还是要稍差一些。
高频地波雷达一般采用调频中断连续波（frequency modulated interrupted continuous wave,缩写FMICW）体制。Rafaat Khan等人发表的题为“高频地波雷达目标探测与跟踪”（Target Detection and Tracking With a High Frequency Ground Wave Radar,IEEE Journal of Oceanic Engineering,1994,19(4):540~548）的论文中对此有详细描述。在FMICW波形体制下，海洋回波（包括海杂波和站间直达波干扰）进入接收机后，经混频、低通滤波、A/D转换和FFT可得如图2所示的距离回波谱。如图1所示，A站产生的本振信号通过A站发射，B站产生的本振信号通过B站发射，A站发射信号和B站发射信号（经反射物反射）在B站接收，B站接收信号经过混频、低通滤波、A/D转换和FFT 得到距离回波谱。图2所示的距离回波谱中，横坐标为距离元，纵坐标为功率（单位为dB），其中显示了站间直达波干扰。
针对现有技术的状况，提出一种高频地波雷达阵列幅相一致性校准的有效方案，是本技术领域急需解决的重大难题。
发明内容
针对现有方法的局限性，本发明的目的是利用站间直达波干扰，提供一种实现方法简单，成本低廉，运算量小，校准结果精确和稳定的阵列幅相一致性校准方法。
本发明的技术方案为一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法，包括以下步骤：
步骤1，根据站间直达波干扰产生的条件设置工作参数，产生站间直达波干扰；
步骤2，根据步骤1所得工作参数确定站间直达波干扰的特征；
步骤3，利用步骤2所确定站间直达波干扰的特征对接收的多帧距离回波谱进行逐帧搜索，确定站间直达波干扰所在的距离元信息；
步骤4，根据步骤3所得距离元信息构造接收快拍数据，进行阵列幅相误差校准。
而且，步骤1中所述站间直达波干扰产生的条件如下，
1）                                                ；
2）
Figure 355850DEST_PATH_IMAGE002
；
3）
Figure 2011104390900100002DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 822735DEST_PATH_IMAGE004
；
其中
Figure 2011104390900100002DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 533333DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 2011104390900100002DEST_PATH_IMAGE007
 ，，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
， 
Figure 715364DEST_PATH_IMAGE010
为A、B两站的扫频斜率，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为A、B两站的起始频率，
Figure 985939DEST_PATH_IMAGE012
为脉冲周期，为脉冲频率，
Figure 675678DEST_PATH_IMAGE014
为扫频周期，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为A、B两站的雷达启动时间差且满足
Figure 373506DEST_PATH_IMAGE016
， 
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为站间直达波干扰的传播时间，
Figure 515906DEST_PATH_IMAGE018
为站间直达波传播时延频差，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为常数；系数和系数
Figure DEST_PATH_IMAGE021
是满足条件1）且值最小的两个自然数；系数
Figure 134417DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示取整。
而且，步骤2中所述站间直达波干扰的特征如下， 
1）每个站有两个站间直达波干扰，两个站间直达波干扰的频率分别为和，其中
Figure 508209DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，且
Figure 409604DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为脉冲频率；若
Figure 808355DEST_PATH_IMAGE030
，则两个站间直达波干扰都存在；若
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，当
Figure 847987DEST_PATH_IMAGE032
时只有一个站间直达波干扰存在，另一个站间直达波干扰被滤除，当
Figure DEST_PATH_IMAGE033
时两个站间直达波干扰都存在；若
Figure 840344DEST_PATH_IMAGE034
，则只存在一个站间直达波干扰；其中
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为基带滤波器的带宽；
2）两站的站间直达波干扰关于站间直达波传播时延频差
Figure 256413DEST_PATH_IMAGE018
对称；
3）在非同步条件下，两站的站间直达波干扰随着时间的变化而逐渐移动，并且两站的站间直达波干扰移动的方向相反，速度相同；
4）在非同步条件下，两站的站间直达波干扰在某一时刻相聚在站间直达波传播时延频差
Figure 634305DEST_PATH_IMAGE018
处。
而且，设A、B两站，以A站为主站，步骤3中所述确定站间直达波干扰所在的距离元信息时，A站执行如下步骤，
步骤3.1，读取本站的
Figure 110417DEST_PATH_IMAGE036
帧距离回波谱，
Figure 573759DEST_PATH_IMAGE036
为采样的帧数；
步骤3.2，判断基带滤波器的带宽
Figure 793519DEST_PATH_IMAGE035
和脉冲频率
Figure 25917DEST_PATH_IMAGE029
的关系；
当时，逐帧搜索
Figure DEST_PATH_IMAGE037
范围内相距
Figure 498935DEST_PATH_IMAGE029
并且干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据
Figure 381441DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE039
；从数据
Figure 484657DEST_PATH_IMAGE038
中选择具有渐变特征的一组数据记为距离元信息
Figure 427205DEST_PATH_IMAGE040
，结束流程；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE041
时，逐帧搜索
Figure 740506DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure DEST_PATH_IMAGE043
范围内相距
Figure 177435DEST_PATH_IMAGE029
并且干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，逐帧搜索
Figure 384425DEST_PATH_IMAGE044
范围内干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据
Figure 373241DEST_PATH_IMAGE038
；进入步骤3.3；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE045
时，逐帧搜索
Figure 173838DEST_PATH_IMAGE044
范围内干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据
Figure 398146DEST_PATH_IMAGE038
；进入步骤3.3；
步骤3.3，从B站处读取相同时间段内记录谱峰位置的数据，数据
Figure 619360DEST_PATH_IMAGE046
由B站执行步骤3.1和步骤3.2得到；
步骤3.4，比较数据
Figure 907253DEST_PATH_IMAGE038
和数据
Figure 810618DEST_PATH_IMAGE046
，从数据中选出关于站间直达波传播时延频差
Figure 322819DEST_PATH_IMAGE018
对称且具有渐变特征的数据记为距离元信息
Figure 957062DEST_PATH_IMAGE040
，从数据中选出关于站间直达波传播时延频差
Figure 700207DEST_PATH_IMAGE018
对称且具有渐变特征的数据记为距离元信息
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，把距离元信息
Figure 201727DEST_PATH_IMAGE047
发送给B站。
而且，步骤4中所述根据距离元信息构造接收快拍数据如下，
接收快拍数据，
其中为帧序号，
Figure 443801DEST_PATH_IMAGE050
为第i个通道第k帧接收的站间直达波干扰，N为通道个数。
本发明的优势在于：不需要额外的辅助信源就能实现有源校准，具有很好的精度和稳健性；利用非同步的站间直达波干扰即可校准，实现方法简单；运算量小；能长期稳定工作；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。
附图说明
图1为高频地波雷达工作原理图；
图2为高频地波雷达距离回波谱图； 
图3为本发明实施例的FMICW波形示意图；
图4为本发明实施例的站间直达波干扰所在距离元信息示意图；
图5为本发明实施例确定站间直达波干扰所在距离元信息的流程图。
具体实施方式   
以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。本发明实施例所提供高频地波雷达的阵列幅相误差校准方法如下：
本发明的关键在于根据站间直达波干扰产生的条件设置工作参数，然后根据站间直达波干扰的特征对多帧距离回波谱进行逐帧搜索，确定站间直达波干扰所在的距离元信息，构造站间直达波干扰接收快拍数据。
假设有两个高频地波雷达站，A站和B站之间的距离为，各有一部高频地波雷达，均采用FMICW波形体制，A站雷达的起始频率为
Figure 475342DEST_PATH_IMAGE052
，扫频带宽为
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，B站雷达的起始频率为
Figure 147763DEST_PATH_IMAGE054
，扫频带宽为
Figure DEST_PATH_IMAGE055
，A站雷达比B站雷达提前
Figure 631965DEST_PATH_IMAGE015
（
Figure 415244DEST_PATH_IMAGE016
）时间启动，其余工作参数都相同，其中扫频时间为
Figure 425925DEST_PATH_IMAGE056
，扫频周期为
Figure 269248DEST_PATH_IMAGE014
，脉冲周期为
Figure 240746DEST_PATH_IMAGE012
，脉冲宽度为
Figure DEST_PATH_IMAGE057
，基带滤波器带宽为
Figure 827716DEST_PATH_IMAGE035
，如图3所示，图3的横坐标为时间
Figure DEST_PATH_IMAGE059
。
B站接收的站间直达波干扰经混频后的输出频率为
     
Figure 544833DEST_PATH_IMAGE060
                              （1）        
其中系数
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 559056DEST_PATH_IMAGE062
为正整数，为脉冲周期对应的脉冲频率，为混频器组合频率干扰阶数，
Figure 533145DEST_PATH_IMAGE064
值越大，站间直达波干扰的损耗越大，为了使站间直达波干扰在基带处有较强的干噪比且为常数，必须要满足
Figure 128206DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure DEST_PATH_IMAGE065
（常数S的大小由雷达***和站间距离决定）的要求。
    令
Figure 313331DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 384055DEST_PATH_IMAGE006
， （站间直达波传播时延频差），
Figure 152608DEST_PATH_IMAGE008
，（1）式可以写为
Figure 508634DEST_PATH_IMAGE066
          （2）
因为，所以（1）式的两个表达式中只有一个表达式可能满足
Figure 942020DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 408905DEST_PATH_IMAGE065
的要求。
同理可得A站接收的站间直达波干扰经混频后的输出频率为
     （3）
由（2）式和（3）式可知，当
Figure 978558DEST_PATH_IMAGE070
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
，由于
Figure 771064DEST_PATH_IMAGE017
很小，通常情况下
Figure 550802DEST_PATH_IMAGE072
，所以A站接收的站间直达波干扰也满足
Figure DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 821377DEST_PATH_IMAGE065
的要求。
综上所述，要在基带
Figure 511115DEST_PATH_IMAGE037
处产生大于一定干噪比的站间直达波干扰的条件为：1）
Figure 208944DEST_PATH_IMAGE001
；2）；3）
Figure 550244DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 219123DEST_PATH_IMAGE004
。其中。为A、B两站的扫频斜率，
Figure 454560DEST_PATH_IMAGE011
为A、B两站的起始频率，
Figure 977945DEST_PATH_IMAGE012
为脉冲周期，为脉冲频率，
Figure 400147DEST_PATH_IMAGE014
为扫频周期，
Figure 675271DEST_PATH_IMAGE015
为A、B两站的雷达启动时间差且满足
Figure 194108DEST_PATH_IMAGE016
， 为站间直达波干扰的传播时间，为站间直达波传播时延频差，为常数。此时站间直达波干扰出现的概率为
Figure 585720DEST_PATH_IMAGE074
。系数
Figure 357367DEST_PATH_IMAGE020
和系数
Figure 183372DEST_PATH_IMAGE021
是满足且值最小的两个自然数；系数
Figure DEST_PATH_IMAGE075
且
Figure 169094DEST_PATH_IMAGE016
，即
Figure 111642DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure 424943DEST_PATH_IMAGE023
表示取整。
步骤1，根据上述站间直达波干扰产生的条件设置工作参数，产生站间直达波干扰。所需设置的工作参数包括A、B两站的扫频斜率
Figure 845560DEST_PATH_IMAGE010
，A、B两站的起始频率
Figure 193496DEST_PATH_IMAGE011
。因为站间直达波干扰出现的概率为
Figure 306945DEST_PATH_IMAGE074
，具体实施时可以根据需要设置工作参数，然后启动雷达***，通过设计软件程序自动判断是否产生站间直达波干扰，如果没有产生站间直达波干扰则重新启动雷达***直到产生站间直达波干扰。
步骤2，根据步骤1所得工作参数确定站间直达波干扰的特征。
实施例中，接收的站间直达波干扰的有如下特征：
1）每个站有两个站间直达波干扰，两个站间直达波干扰的频率分别为
Figure 107542DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 331850DEST_PATH_IMAGE025
，其中
Figure 268713DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 553064DEST_PATH_IMAGE027
，且
Figure 840957DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 744322DEST_PATH_IMAGE029
为脉冲频率；若，则两个站间直达波干扰都存在；若
Figure 990944DEST_PATH_IMAGE031
，当
Figure 890767DEST_PATH_IMAGE032
时只有一个站间直达波干扰存在，另一个站间直达波干扰被滤除，当
Figure 355681DEST_PATH_IMAGE033
时两个站间直达波干扰都存在；若
Figure 657349DEST_PATH_IMAGE034
，则只存在一个站间直达波干扰；其中
Figure 893290DEST_PATH_IMAGE035
为基带滤波器的带宽；
2）两站的站间直达波干扰关于站间直达波传播时延频差
Figure 280409DEST_PATH_IMAGE018
对称；
3）在非同步条件下，两站的站间直达波干扰随着时间的变化而逐渐移动，并且两站的站间直达波干扰移动的方向相反，速度相同；
4）在非同步条件下，两站的站间直达波干扰在某一时刻相聚在站间直达波传播时延频差
Figure 525576DEST_PATH_IMAGE018
处。
其中
Figure 416172DEST_PATH_IMAGE035
为基带滤波器的带宽。
步骤3，利用步骤2所确定站间直达波干扰的特征对接收的多帧距离回波谱进行逐帧搜索，确定站间直达波干扰所在的距离元信息。
根据站间直达波干扰的特征对多帧回波距离谱进行搜索，如图4所示呈现的两站站间直达波干扰所在距离元信息，其中横坐标为时间（单位为小时，h），纵坐标为距离元，搜索所得A站站间直达波干扰所在的距离元信息和B站站间直达波干扰所在的距离元信息呈对称结构。根据确定站间直达波干扰所在的距离元信息
Figure 88593DEST_PATH_IMAGE040
，构造接收快拍数据
Figure DEST_PATH_IMAGE077
。设A、B两站，以A站为主站。如图5，实施例中获取距离元信息
Figure 572795DEST_PATH_IMAGE040
的详细过程为，由A站执行以下步骤：
步骤3.1，读取本站的
Figure 621654DEST_PATH_IMAGE036
帧距离回波谱，
Figure 632335DEST_PATH_IMAGE036
为采样的帧数；
步骤3.2，判断基带滤波器的带宽
Figure 475657DEST_PATH_IMAGE035
和脉冲频率
Figure 571789DEST_PATH_IMAGE029
的关系；
当
Figure 158759DEST_PATH_IMAGE030
时，逐帧搜索
Figure 23947DEST_PATH_IMAGE037
范围内相距
Figure 38171DEST_PATH_IMAGE029
并且干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据
Figure 621599DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure 746681DEST_PATH_IMAGE039
；从数据
Figure 731954DEST_PATH_IMAGE038
中选择具有渐变特征（即呈缓慢连续变化）的一组数据记为距离元信息
Figure 917079DEST_PATH_IMAGE040
，结束流程；
当
Figure 863169DEST_PATH_IMAGE041
时，逐帧搜索
Figure 916576DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 631722DEST_PATH_IMAGE043
范围内相距
Figure 112382DEST_PATH_IMAGE029
并且干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，逐帧搜索范围内干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据
Figure 137287DEST_PATH_IMAGE038
；进入步骤3.3；
当
Figure 706940DEST_PATH_IMAGE045
时，逐帧搜索
Figure 358501DEST_PATH_IMAGE044
范围内干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据
Figure 154550DEST_PATH_IMAGE038
；进入步骤3.3；
步骤3.3，从B站处读取相同时间段内记录谱峰位置的数据
Figure 549759DEST_PATH_IMAGE046
，数据
Figure 973918DEST_PATH_IMAGE046
由B站按照同样方式得到，即执行步骤3.1和步骤3.2，只是记录谱峰的位置所得到数据记为
Figure 61960DEST_PATH_IMAGE046
；
步骤3.4，比较数据
Figure 204360DEST_PATH_IMAGE038
和数据，从数据
Figure 681925DEST_PATH_IMAGE038
中选出关于站间直达波传播时延频差
Figure 940868DEST_PATH_IMAGE018
对称且具有渐变特征的数据记为距离元信息，从数据
Figure 307576DEST_PATH_IMAGE046
中选出关于站间直达波传播时延频差
Figure 706327DEST_PATH_IMAGE018
对称且具有渐变特征的数据记为距离元信息
Figure 11538DEST_PATH_IMAGE047
，把距离元信息
Figure 987584DEST_PATH_IMAGE047
发送给B站。B站即可直接采用距离元信息z ’(k)自行构建接收快拍数据，进行阵列幅相误差校准，具体方式与A站一致。
    具体实施时，预设干噪比阈值PG可根据实验预先设定经验值。
步骤4，根据步骤3所得距离元信息构造接收快拍数据，进行阵列幅相误差校准。
一般每个雷达站都有一个接收阵列，每个接收阵列都有多个接收通道。距离元信息
Figure 47124DEST_PATH_IMAGE040
表示第k帧站间直达波干扰所在的位置，根据距离元信息
Figure 257657DEST_PATH_IMAGE040
构造的接收快拍数据
Figure 986578DEST_PATH_IMAGE077
如下：
Figure 65393DEST_PATH_IMAGE048
其中
Figure 438736DEST_PATH_IMAGE049
为帧序号，
Figure 820170DEST_PATH_IMAGE040
为第k帧站间直达波干扰所在的位置，
Figure 36388DEST_PATH_IMAGE050
为第i个通道第k帧接收的站间直达波干扰，N为通道个数。B站采用距离元信息
Figure 794260DEST_PATH_IMAGE047
带入以上公式即可。
根据现有的估计协方差矩阵公式
Figure 146743DEST_PATH_IMAGE078
得到估计协方差矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE079
（其中
Figure 964658DEST_PATH_IMAGE080
表示共轭转置），对估计协方差矩阵
Figure 277959DEST_PATH_IMAGE079
进行特征分解得到特征向量
Figure DEST_PATH_IMAGE081
；最后根据现有的阵列幅相误差值公式
Figure 573942DEST_PATH_IMAGE082
得到阵列幅相误差值
Figure DEST_PATH_IMAGE083
，根据阵列幅相误差值实现阵列幅相误差校准。
其中：
Figure 921878DEST_PATH_IMAGE084
Figure DEST_PATH_IMAGE085
Figure 621677DEST_PATH_IMAGE086
其中，
Figure 422274DEST_PATH_IMAGE036
为用于估计协方差矩阵的快拍数（一段时间内对阵列数据采样的个数），
Figure DEST_PATH_IMAGE087
为站间直达波干扰的方位，
Figure 521948DEST_PATH_IMAGE088
为复常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE089
为导向矢量，
Figure 724390DEST_PATH_IMAGE090
为阵列幅相误差矩阵。
Figure DEST_PATH_IMAGE091
表示1列向量转换为对角矩阵。
Figure 884107DEST_PATH_IMAGE092
是特征向量
Figure 172000DEST_PATH_IMAGE081
的N个元素，是导向矢量
Figure 809786DEST_PATH_IMAGE089
的N个元素， 
Figure 991369DEST_PATH_IMAGE083
是阵列幅相误差矩阵的对角线上的N个元素，这些元素分别与N个通道对应。
    虽然本发明描述的阵列幅相一致性校准方法首先在高频地波雷达上获得了成功，但从本质上讲，该方法也有可能应用于其它采用FMICW波形体制的探测***。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本发明的技术方案利用非同步的站间直达波干扰即可实现校准，同时对于同步的站间直达波干扰也一样可以进行校准，而且实施更加简单。

Claims (5)

1.一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据站间直达波干扰产生的条件设置工作参数，产生站间直达波干扰；
步骤2，根据步骤1所得工作参数确定站间直达波干扰的特征；
步骤3，利用步骤2所确定站间直达波干扰的特征对接收的多帧距离回波谱进行逐帧搜索，确定站间直达波干扰所在的距离元信息；
步骤4，根据步骤3所得距离元信息构造接收快拍数据，进行阵列幅相误差校准。
2.根据权利要求1所述基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法，其特征在于：步骤1中所述站间直达波干扰产生的条件如下，
1）                                                ；
2）
Figure 848177DEST_PATH_IMAGE002
；
3）
Figure 884267DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 385786DEST_PATH_IMAGE004
；
其中
Figure 772905DEST_PATH_IMAGE005
，，
Figure 908668DEST_PATH_IMAGE007
 ，
Figure 456456DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 65291DEST_PATH_IMAGE009
， 
Figure 114150DEST_PATH_IMAGE010
为A、B两站的扫频斜率，
Figure 124831DEST_PATH_IMAGE011
为A、B两站的起始频率，
Figure 968154DEST_PATH_IMAGE012
为脉冲周期，
Figure 64286DEST_PATH_IMAGE013
为脉冲频率，
Figure 385677DEST_PATH_IMAGE014
为扫频周期，
Figure 516444DEST_PATH_IMAGE015
为A、B两站的雷达启动时间差且满足， 为站间直达波干扰的传播时间，
Figure 239177DEST_PATH_IMAGE018
为站间直达波传播时延频差，
Figure 224451DEST_PATH_IMAGE019
为常数；系数
Figure 409576DEST_PATH_IMAGE020
和系数
Figure 480300DEST_PATH_IMAGE021
是满足条件1）且值最小的两个自然数；系数
Figure 409073DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 248853DEST_PATH_IMAGE023
表示取整。
3.根据权利要求2所述基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法，其特征在于：步骤2中所述站间直达波干扰的特征如下， 
1）每个站有两个站间直达波干扰，两个站间直达波干扰的频率分别为
Figure 729513DEST_PATH_IMAGE024
和，其中
Figure 754417DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 324070DEST_PATH_IMAGE027
，且
Figure 850998DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 896314DEST_PATH_IMAGE029
为脉冲频率；若
Figure 166889DEST_PATH_IMAGE030
，则两个站间直达波干扰都存在；若
Figure 715682DEST_PATH_IMAGE031
，当
Figure 679090DEST_PATH_IMAGE032
时只有一个站间直达波干扰存在，另一个站间直达波干扰被滤除，当
Figure 946124DEST_PATH_IMAGE033
时两个站间直达波干扰都存在；若，则只存在一个站间直达波干扰；其中
Figure 423690DEST_PATH_IMAGE035
为基带滤波器的带宽；
2）两站的站间直达波干扰关于站间直达波传播时延频差
Figure 682633DEST_PATH_IMAGE018
对称；
3）在非同步条件下，两站的站间直达波干扰随着时间的变化而逐渐移动，并且两站的站间直达波干扰移动的方向相反，速度相同；
4）在非同步条件下，两站的站间直达波干扰在某一时刻相聚在站间直达波传播时延频差
Figure 46749DEST_PATH_IMAGE018
处。
4.根据权利要求1所述基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法，其特征在于：设A、B两站，以A站为主站，步骤3中所述确定站间直达波干扰所在的距离元信息时，A站执行如下步骤，
步骤3.1，读取本站的
Figure 49340DEST_PATH_IMAGE036
帧距离回波谱，为采样的帧数；
步骤3.2，判断基带滤波器的带宽
Figure 612357DEST_PATH_IMAGE035
和脉冲频率
Figure 729348DEST_PATH_IMAGE029
的关系；
当时，逐帧搜索
Figure 523309DEST_PATH_IMAGE037
范围内相距
Figure 124055DEST_PATH_IMAGE029
并且干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据，其中
Figure 807157DEST_PATH_IMAGE039
；从数据
Figure 180500DEST_PATH_IMAGE038
中选择具有渐变特征的一组数据记为距离元信息
Figure 686568DEST_PATH_IMAGE040
，结束流程；
当
Figure 778152DEST_PATH_IMAGE041
时，逐帧搜索
Figure 536024DEST_PATH_IMAGE042
和范围内相距
Figure 440843DEST_PATH_IMAGE029
并且干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，逐帧搜索范围内干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据；进入步骤3.3；
当时，逐帧搜索
Figure 636146DEST_PATH_IMAGE044
范围内干噪比大于预设干噪比阈值PG的谱峰，并记录谱峰的位置，得到数据
Figure 561377DEST_PATH_IMAGE038
；进入步骤3.3；
步骤3.3，从B站处读取相同时间段内记录谱峰位置的数据
Figure 661051DEST_PATH_IMAGE046
，数据
Figure 988127DEST_PATH_IMAGE046
由B站执行步骤3.1和步骤3.2得到；
步骤3.4，比较数据
Figure 147844DEST_PATH_IMAGE038
和数据
Figure 294792DEST_PATH_IMAGE046
，从数据
Figure 221594DEST_PATH_IMAGE038
中选出关于站间直达波传播时延频差
Figure 403177DEST_PATH_IMAGE018
对称且具有渐变特征的数据记为距离元信息
Figure 733795DEST_PATH_IMAGE040
，从数据中选出关于站间直达波传播时延频差对称且具有渐变特征的数据记为距离元信息
Figure 111184DEST_PATH_IMAGE047
，把距离元信息
Figure 612703DEST_PATH_IMAGE047
发送给B站。
5.根据权利要求4所述基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法，其特征在于：步骤4中所述根据距离元信息构造接收快拍数据如下，
接收快拍数据
Figure 734243DEST_PATH_IMAGE048
，
其中为帧序号，
Figure 10952DEST_PATH_IMAGE050
为第i个通道第k帧接收的站间直达波干扰，N为通道个数。
CN 201110439090 2011-12-26 2011-12-26 一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法 Expired - Fee Related CN102540153B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110439090 CN102540153B (zh) 2011-12-26 2011-12-26 一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110439090 CN102540153B (zh) 2011-12-26 2011-12-26 一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102540153A true CN102540153A (zh) 2012-07-04
CN102540153B CN102540153B (zh) 2013-03-06

Family

ID=46347488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110439090 Expired - Fee Related CN102540153B (zh) 2011-12-26 2011-12-26 一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102540153B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103245933A (zh) * 2013-04-17 2013-08-14 武汉大学 一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法
CN104020455A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种基于直达波的天地波阵列校准方法
CN105891792A (zh) * 2015-02-16 2016-08-24 松下知识产权经营株式会社 雷达装置
CN106291470A (zh) * 2016-07-28 2017-01-04 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种基于高频地波雷达海流结果空时特征的干扰抑制方法
CN107643514A (zh) * 2017-09-12 2018-01-30 武汉大学 一种基于直达波的浮标基/船载雷达的阵列校准方法
CN108051772A (zh) * 2017-10-25 2018-05-18 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 幅相联合测量来波方位信息的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040242176A1 (en) * 2001-06-25 2004-12-02 Vromans Johannes Sophia Device for down-transforming the frequency of signals
CN101349741A (zh) * 2008-08-29 2009-01-21 西安电子科技大学 用于电子侦察的相控阵数字多波束形成器
CN101483273A (zh) * 2009-02-24 2009-07-15 中国航天科技集团公司第五研究院第五○四研究所 一种幅度和相位可变的阵列天线的校准方法
CN101644765A (zh) * 2009-04-23 2010-02-10 中国科学院声学研究所 一种用于水声换能器线阵的幅相误差校正方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040242176A1 (en) * 2001-06-25 2004-12-02 Vromans Johannes Sophia Device for down-transforming the frequency of signals
CN101349741A (zh) * 2008-08-29 2009-01-21 西安电子科技大学 用于电子侦察的相控阵数字多波束形成器
CN101483273A (zh) * 2009-02-24 2009-07-15 中国航天科技集团公司第五研究院第五○四研究所 一种幅度和相位可变的阵列天线的校准方法
CN101644765A (zh) * 2009-04-23 2010-02-10 中国科学院声学研究所 一种用于水声换能器线阵的幅相误差校正方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严盟等: "阵列天线在近场条件下的幅相校正和阵元位置估计", 《雷达科学与技术》, vol. 03, no. 06, 31 December 2005 (2005-12-31) *
王利众等: "直接数字式频率合成幅相校正技术", 《舰船科学技术》, vol. 26, no. 03, 30 June 2004 (2004-06-30) *
贺志毅等: "一种宽带雷达幅相误差分析与校正方法", 《***工程与电子技术》, vol. 25, no. 11, 31 December 2003 (2003-12-31) *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103245933A (zh) * 2013-04-17 2013-08-14 武汉大学 一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法
CN104020455A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种基于直达波的天地波阵列校准方法
CN104020455B (zh) * 2014-05-30 2016-09-07 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种基于直达波的天地波阵列校准方法
CN105891792A (zh) * 2015-02-16 2016-08-24 松下知识产权经营株式会社 雷达装置
CN106291470A (zh) * 2016-07-28 2017-01-04 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种基于高频地波雷达海流结果空时特征的干扰抑制方法
CN106291470B (zh) * 2016-07-28 2018-08-24 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种基于高频地波雷达海流结果空时特征的干扰抑制方法
CN107643514A (zh) * 2017-09-12 2018-01-30 武汉大学 一种基于直达波的浮标基/船载雷达的阵列校准方法
CN107643514B (zh) * 2017-09-12 2019-12-10 武汉大学 一种基于直达波的浮标基/船载雷达的阵列校准方法
CN108051772A (zh) * 2017-10-25 2018-05-18 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 幅相联合测量来波方位信息的方法
CN108051772B (zh) * 2017-10-25 2021-12-07 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 幅相联合测量来波方位信息的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102540153B (zh) 2013-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103616679B (zh) 基于差波束调制和波形分析的pd雷达测距测角方法
CN110412558A (zh) 基于tdm mimo的解车载fmcw雷达速度模糊方法
CN106405541B (zh) 全相参连续波多普勒雷达及其测距测速方法
CN101825707B (zh) 基于Keystone变换和相参积累的单脉冲测角方法
CN104155648B (zh) 基于阵列数据重排的高频地波雷达单次快拍music测向方法
CN102540153A (zh) 一种基于站间直达波干扰的阵列幅相误差校准方法
CN109581352B (zh) 一种基于毫米波雷达的超分辨测角***
CN101644773B (zh) 一种实时频域超分辨方位估计方法及装置
CN103412301B (zh) 米波雷达测角方法
CN103713285B (zh) 基于信息融合的分布式米波阵列雷达测角方法
CN102914772B (zh) 基于等效散射点的进动目标二维成像方法
CN109510787A (zh) 水声信道下线性调频信号参数估计方法及装置
CN103901429A (zh) 基于稀疏孔径的机动目标逆合成孔径雷达成像方法
CN104020438A (zh) 基于稀疏表示的波达方向角估计方法
CN107271955B (zh) 一种宽带线性调频信号的时差和尺度差估计方法
CN108490443A (zh) 基于解析解及NUFFT的多子阵合成孔径声纳ωk成像算法
CN104168232A (zh) 一种水声信道中多径时延与多普勒频移的测定方法
JP2010175457A (ja) レーダ装置
CN108490425B (zh) 一种双基地mimo雷达的测角方法
CN104122548A (zh) 机扫米波阵列雷达测角方法
CN105527624B (zh) 一种雷达回波动态估算噪声的方法和气象雷达***
CN114035149B (zh) 一种提升干涉仪测向***灵敏度的方法
CN109814065A (zh) 基于相位因子加权的波束形成方法
Xu et al. Parameter estimation of underwater moving sources by using matched Wigner transform
Chen et al. An improved BP algorithm for high-resolution MIMO imaging radar

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130306

Termination date: 20201226