CN104330778A - 对有源相控阵雷达进行多通道校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对有源相控阵雷达进行多通道校正的方法，包括在有源相控阵雷达***配置多条接收通道，每条接收通道中包括多个频域载波子集；对相同载波子集的多个信号接收通道的增益幅度，以及同一接收通道不同载波子集的增益幅度进行校正。本发明有效地补偿接收通道幅度特性不一致现象，获得更好的多通道校正性能。

Description

对有源相控阵雷达进行多通道校正的方法

技术领域

本发明涉及雷达与测控领域，具体涉及一种对有源相控阵雷达进行多通道校正的方法。

背景技术

有源相控阵雷达在运行期间，诸多原因需要用到在线自校正方法：在长时间运行后，由于器件自身老化以及环境的影响，多通道的初始参数与出厂时的状态发生偏差，如果还继续使用出厂的数据为参考，会导致雷达的性能下降，需要重新校正。在传统雷达的微带通信中，通常包含闭环增益控制(CLGC)功能，用于保证***运行时信号接收通道增益稳定在期望的精度；由于CLGC功能仅能够保持整体通道增益的稳定，而没有对通道幅度不一致特性的补偿(或均衡)功能，传统方法在接收通道具有不一致幅度特性的场合，不能有效地补偿通道不一致及多通道间幅度响应的不一致，校正性能不理想。

因此，针对相关技术中所存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出了一种对有源相控阵雷达进行多通道校正的方法，该方法包括：

在有源相控阵雷达***配置多条接收通道，每条接收通道中包括多个频域载波子集；

对相同载波子集的多个信号接收通道的增益幅度，以及同一接收通道不同载波子集的增益幅度进行校正。

优选地，在有源相控阵雷达***配置多条接收通道之后，还包括：

在每条接收通道中，下行信息基于调度结果在被调度的频域载波子集上传输；

频域载波子集数字信号的幅度基于预定义的、与通道外部天线连接口最大发送功率相对应的最大接收功率定标，即所有载波子集有一个常量的信号接收通道增益幅度并保证被调度载波子集上数字信号的功率总和不超过所述最大接收功率

所述频域载波子集信号经过频域-时域变换转化为时域基带I/Q信号，经信号接收通道处理后，通过外接射频电缆传输到天线网络中对应的接收天线接收。

优选地，所述对相同载波子集多个信号接收通道的增益幅度以及同一接收通道不同载波子集的增益幅度进行校正，进一步包括：

对每条接收通道，在获得接收通道幅度不一致特性实时检测的基础上，基于先验的雷达***下行载波子集接收信号长时功率统计特性，产生基带长时统计意义上能量正则化的频域载波子集通道幅度补偿系数或时域均衡滤波系数进行补偿；

将不同载波子集和接收通道的增益幅度g_n，k进行校正补偿，与所述通道增益幅度g保持一致，即对于每个k＝1，2，…，K，K为映射到每条接收通道上的载波子集数，使通道n的载波子集k的增益幅度g_n，k＝g，其中n＝1，2，…，N，其中，N为***中的接收通道数。

优选地，所述接收通道的幅度不一致特性的实时检测通过如下两种方式之一得到：基于周期宽带导频信号发送，或基于预先测量校正数据。

优选地，若产生基带长时统计意义上能量正则化的频域载波子集通道幅度补偿系数进行补偿，则补偿过程进一步包括：

在相同载波子集的多个接收通道间均匀分配接收功率，表示基带接收信号带宽内载波子集k上接收信号的长时功率统计为k＝1，2，…，K，

对每条需要校正的接收通道n，K个基带频域载波子集增益长时幅度补偿因子向量为：

$v_n^{\mathrm{Long}}={\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}{[1/f_{n,1},1/f_{n,2},...,1/f_{n,K}]}^T$

其中，f_n，k(n＝1，2，…，N，k＝1，2，…，K)表示基带接收信号带宽内通道n载波子集k上检测到的通道不一致幅度响应；补偿项[1/f_n，1，1/f_n，2，…，1/f_n，K]^T用于抵消不同载波子集信道增益上的不一致；为长时能量正则化因子，用于在载波子集接收信号长时功率统计意义上使得补偿前后输入到信号通道的基带信号功率P_in保持不变，使得

$\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}={\left({\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}\right)}^2\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(p_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}/f_{n,k}^2)$

即

${\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}=\sqrt{\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(p_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}/f_{n,k}^2)}}$

所述用于在基带频域对通道n的k个载波子集通道g_n，k进行幅度校正补偿，接收信号经过包含可实时维持通道固定增益幅度g的CLGC功能的信号通道处理后，通道输出信号长时统计意义上的功率P_out＝g²P_in保持不变，从而在长时统计意义上将所有载波子集通道增益保持为期望的增益幅度g。

优选地，若产生基带时域均衡滤波补偿系数进行通道校正补偿，则利用能量正则化时域均衡滤波系数向量代替频域载波子集增益幅度补偿因子向量所述相应的能量正则化时域均衡滤波系数向量为其中，F^-1{}为反傅里叶变换。

本发明相比现有技术，具有以下优点：

有效地补偿接收通道幅度特性不一致现象，获得更好的多通道校正性能。

附图说明

图1根据本发明实施例的对有源相控阵雷达进行多通道校正方法的流程图。

具体实施方式

下文与图示本发明原理的附图一起提供对本发明一个或者多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明涵盖诸多替代、修改和等同物。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本发明。

为了解决宽带雷达***中接收通道幅度特性不一致情况下的通道幅度校正问题，本发明提出了一种基于能量正则化均衡的接收通道幅度校正方法：基于载波子集接收信号长时功率统计特性的能量正则化均衡。

图1根据本发明实施例的对有源相控阵雷达进行多通道校正方法的流程图。本发明的一方面提供了一种对有源相控阵雷达进行多通道校正的方法。首先在雷达***配置多条接收通道。在每条接收通道上，下行信息基于调度结果在被调度的频域载波子集上传输；频域载波子集数字信号的幅度基于预定义的、与通道外部天线连接口最大发送功率相对应的最大接收功率定标(即假设所有载波子集有一个常量的信号接收通道增益幅度并由调度器保证被调度载波子集上数字信号的功率总和不超过频域载波子集信号经过频域-时域变换(即IFFT变换)转化为时域基带I/Q信号，经信号接收通道处理后，通过外接射频电缆传输到天线网络中对应的接收天线接收。采用数字中频或零中频方案完成基带信号的射频调制；基于功率放大器(PA)输出信号反馈的基带数字预失真(DPD)技术维持通道线性化；基于PA或通道输出射频信号反馈以及通道增益离线校正数据(如反馈通道的增益校正数据，射频前端接收滤波器的增益校正数据等)的实时CLGC功能维持通道增益稳定。接收通道中外部天线连接口的外接部分(含射频电缆和天线网络中的天线通道)通常会对接收信号引入一定衰减。但是，这部分通常具有较好的宽带幅度一致度，而且不同通道间的增益差别也容易通过离线校正的方式得到并进行补偿。

为了有效挖掘雷达***波束赋形以及下行链路的性能增益，需要对相同载波子集多个信号接收通道的增益幅度以及同一接收通道不同载波子集的增益幅度进行校正，使得校正补偿后不同载波子集和接收通道的增益幅度g_n，k保持一致，即：

g_n，k＝g，其中n＝1，2，…，N；k＝1，2，…，K

且其中，g_n，k为通道n载波子集k的增益幅度，N为***中的接收通道数，K为映射到每条接收通道上的载波子集数。

多通道校正方法的基本过程是：对每条接收通道，在获得通道幅度不一致特性实时检测的基础上，基于先验的雷达***下行载波子集接收信号长时功率统计特性，产生基带长时统计意义上能量正则化的频域载波子集通道幅度补偿系数进行补偿，或等效地产生时域均衡滤波系数进行补偿，从而进行校正。

其中在具体工程实现中，接收通道的幅度不一致特性的实时检测通常可通过如下两种方法之一得到：基于周期宽带导频信号发送的方法和基于预先测量校正数据的方法。

有源相控阵雷达***下行载波子集接收信号长时功率统计特性与***网络规划、用户长时分布及资源调度策略等一些相对稳定的***特性相关，可以通过理论仿真或者实际的***性能测量得到，并配置到***中作为先验信息使用。

考虑到在实际的有源相控阵雷达***中，出于对通道接收功率控制方便的需要，所应用的多天线处理技术(MIMO、波束赋形)通常会在相同载波子集的多个接收通道间均匀分配接收功率，表示基带接收信号带宽内载波子集k上接收信号的长时功率统计为k＝1，2，…，K。

为了达到基带接收信号带宽内所有载波子集和接收通道的增益都为理想增益的目标，对每条需要校正的接收通道，如通道n，定义K个基带频域载波子集增益长时幅度补偿因子向量为：

$v_n^{\mathrm{Long}}={\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}{[1/f_{n,1},1/f_{n,2},...,1/f_{n,K}]}^T$

其中，f_n，k(n＝1，2，…，N，k＝1，2，…，K)表示基带接收信号带宽内通道n载波子集k上检测到的通道不一致幅度响应；补偿项[1/f_n，1，1/f_n，2，…，1/f_n，K]^T用于抵消不同载波子集信道增益上的不一致；为长时能量正则化因子，用于在载波子集接收信号长时功率统计意义上使得补偿前后输入到信号通道的基带信号功率P_in保持不变，即使得

$\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}={\left({\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}\right)}^2\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(p_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}/f_{n,k}^2)$

也即

${\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}=\sqrt{\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(p_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}/f_{n,k}^2)}}$

用于在基带频域对通道n的k个载波子集通道进行幅度校正补偿。由于补偿向量中的存在使得长时统计意义上P_in不变，接收信号经过包含(可实时维持通道固定增益幅度g的)CLGC功能的信号通道处理后，通道输出信号长时统计意义上的功率P_out＝g²P_in也不变。这样，经过补偿后，将在长时统计意义上使得所有载波子集通道增益一致且为期望的增益幅度g。

与基带频域载波子集增益幅度补偿因子向量对应，如采用基带时域均衡滤波进行通道校正补偿，相应的能量正则化时域均衡滤波系数向量为其中，F^-1{}为反傅里叶变换。

综上所述，本发明提出了一种多通道校正方法，有效地补偿接收通道幅度特性不一致现象，获得更好的多通道校正性能。

显然，本领域的技术人员应该理解，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算***来实现，它们可以集中在单个的计算***上，或者分布在多个计算***所组成的网络上，可选地，它们可以用计算***可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储***中由计算***来执行。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种对有源相控阵雷达进行多通道校正的方法，其特征在于，该方法包括：

在有源相控阵雷达***配置多条接收通道，每条接收通道中包括多个频域载波子集；

对相同载波子集的多个信号接收通道的增益幅度，以及同一接收通道不同载波子集的增益幅度进行校正。

2.根据权利要求1所述的方法，在有源相控阵雷达***配置多条接收通道之后，还包括：

在每条接收通道中，下行信息基于调度结果在被调度的频域载波子集上传输；

频域载波子集数字信号的幅度基于预定义的、与通道外部天线连接口最大发送功率相对应的最大接收功率定标，即所有载波子集有一个常量的信号接收通道增益幅度并保证被调度载波子集上数字信号的功率总和不超过所述最大接收功率

所述频域载波子集信号经过频域-时域变换转化为时域基带I/Q信号，经信号接收通道处理后，通过外接射频电缆传输到天线网络中对应的接收天线接收。

3.根据权利要求2所述的方法，所述对相同载波子集多个信号接收通道的增益幅度以及同一接收通道不同载波子集的增益幅度进行校正，进一步包括：

对每条接收通道，在获得接收通道幅度不一致特性实时检测的基础上，基于先验的雷达***下行载波子集接收信号长时功率统计特性，产生基带长时统计意义上能量正则化的频域载波子集通道幅度补偿系数或时域均衡滤波系数进行补偿；

将不同载波子集k和接收通道n的增益幅度g_n，k进行校正补偿，与所述通道增益幅度g保持一致，即对于每个k＝1，2，…，K，K为映射到每条接收通道上的载波子集数，使通道n的载波子集k的增益幅度g_n，k＝g，其中n＝1，2，…，N，其中，N为***中的接收通道数。

4.根据权利要求3所述的方法，所述接收通道的幅度不一致特性的实时检测通过如下两种方式之一得到：基于周期宽带导频信号发送，或基于预先测量校正数据。

5.根据权利要求4所述的方法，若产生基带长时统计意义上能量正则化的频域载波子集通道幅度补偿系数进行补偿，则补偿过程进一步包括：

在相同载波子集的多个接收通道间均匀分配接收功率，表示基带接收信号带宽内载波子集k上接收信号的长时功率统计为k＝1，2，…，K，

对每条需要校正的接收通道n，K个基带频域载波子集增益长时幅度补偿因子向量为：

$v_n^{\mathrm{Long}}={\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}{[1{/f}_{n,1},1/f_{n,2},...,1/f_{n,K}]}^T$

其中，f_n，k(n＝1，2，…，N，k＝1，2，…，K)表示基带接收信号带宽内通道n载波子集k上检测到的通道不一致幅度响应；补偿项[1/f_n，1，1/f_n，2，…，1/f_n，K]^T用于抵消不同载波子集信道增益上的不一致；为长时能量正则化因子，用于在载波子集接收信号长时功率统计意义上使得补偿前后输入到信号通道的基带信号功率P_in保持不变，使得

$\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}={\left({\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}\right)}^2\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(p_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}/f_{n,k}^2)$

即

${\mathrm{\α}}_n^{\mathrm{Long}}=\sqrt{\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(p_k^{\mathrm{IN},\mathrm{Long}}/f_{n,k}^2)}}$

所述用于在基带频域对通道n的k个载波子集通道g_n，k进行幅度校正补偿，接收信号经过包含可实时维持通道固定增益幅度g的CLGC功能的信号通道处理后，通道输出信号长时统计意义上的功率P_out＝g²P_in保持不变，从而在长时统计意义上将所有载波子集通道增益保持为期望的增益幅度g。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括，若产生基带时域均衡滤波补偿系数进行通道校正补偿，则利用能量正则化时域均衡滤波系数向量代替频域载波子集增益幅度补偿因子向量所述相应的能量正则化时域均衡滤波系数向量为其中，F^-1{}为反傅里叶变换。