[發明專利]雷達接收機幅相一致性校正系統

在審

• 申請號: 201811279306.X
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109375182A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 徐志偉;楊李杰;劉田;周文濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學;西南電子技術研究所（中國電子科技集團公司第十研究所）
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種雷達接收機幅相一致性校正系統，旨在提供一種不需要遠場輻射源，幅相校正可信度更高，并且誤差更小的校正系統。本發明通過下述技術方案予以實現：當雷達處于校正模式時，信號路由子系統將生成的校正信號發送給模擬接收通道子系統，對校正信號進行下變頻，把中頻模擬信號轉化為中頻數字信號；數字信號處理子系統分別為每路雷達接收機接收通道的中頻數字信號，產生一路數字控制振蕩器NCO，NCO輸出的正弦信號和余弦信號分別和中頻數字信號相乘，得到同相分量和正交分量，然后設定NCO的下一組頻率值、相位值，重復上述過程，直到NCO的相位變化一個周期，完成接收通道的幅相一致性校正。

技術領域

本發明屬于雷達信號處理領域，具體涉及雷達接收機幅相一致性校正系統。

背景技術

現代雷達系統為了獲得良好的性能，在強雜波環境中檢測目標，通常將接收到的射頻回波信號下變頻到中頻，再經正交解調器分解為基帶信號。但是由于電路的不對稱、各支路所選器件的不完善，以及雷達工作頻率和環境溫度的變化導致各通道的幅相特性不一致，從而增大系統測量誤差。其次，雷達長時間工作后，由于接收機低噪聲放大器等電子元器件老化或故障等原因，也會導致接收機增益發生變化，進一步惡化接收通道間的幅度差異，導致雷達的接收通道特性偏離理論設計值，降低雷達系統的性能，如抬升副瓣電平、降低主瓣增益等。此外，組成雷達的各種部件存在著各種誤差，各種存在誤差往往導致雷達的接收通道特性偏離理論設計值，使得雷達系統的性能下降，如副瓣電平抬升、波束指向偏離、主瓣增益下降等。

在常見應用場景中，如圖3所示的雷達系統接收機是由多路前端接收通道、多個模數轉換器(ADC)、數字信號處理單元以及上位機控制器組成。雷達系統對所有接收通道獲得的信號進行數字域加權處理，以獲得特定空間方位的回波信息。系統性能取決于所有接收通道的電性能一致性。但是接收通道由各種有源電子器件和無源器件組成，尤其是前端接收通道，處理的信號為模擬射頻信號，器件性能容易隨著溫度的波動而波動，或者隨著工作時間的累積，器件性能出現退化，從而導致不同的接收通道之間產生完全不一致的幅度和相位差異，嚴重惡化雷達系統的整機性能。而接收通道上的有源器件電特性隨時間變化而逐漸惡化，是雷達系統最重要的幅相誤差來源，也是本發明需要測量并進行校正補償的變量；因此需要對接收通道進行幅相一致性校正，保持接收通道的電性能一致。

雷達接收機接收通道的校正精度影響著陣列的信號處理性能，校正是保證接收波束形成性能的重要環節。因此在雷達的使用過程中，需要使用者定時檢查接收通道的幅相一致性，并在發現問題時及時進行維護。為了保證雷達的性能能夠達到設計要求，也必須對雷達的接收通道的幅度和相位做精確的測量和校正。

雷達接收通道的校正通常采用出廠校正和遠場校正兩種。出廠校正通常在微波暗室中利用近場測量來實現。由于雷達系統的復雜性，分布著許多有源電子器件。雷達系統的誤差除了機械結構的不對稱性、器件制造公差、模塊安裝公差等這些固定誤差外，還包括陣面不平整、溫度變形、組件失效等誤差。在微波暗室進行的出廠校正一般只能消除固定誤差。但是當雷達系統安裝在使用場所后，隨著環境的變化以及使用時間的推移，有源電子器件的性能會逐漸變化，從而導致不同接收通道之間存在幅度和相位差異，惡化雷達使用性能。

在雷達裝備到現場之后，為了改善雷達的使用性能，通常需要進行遠場校正。遠場校正技術是利用放置在雷達外部的輻射器，通常位于遠場的飛行器上。輻射器用來完成雷達接收通道的幅相一致性校正。此時由輻射器發射校正信號，雷達切換到校正模式，并將接收到的校正信號和出廠測試得到的預存信號進行比對，之后修正校正常數，使它的校正結果盡可能的接近初始的出廠校正結果。在外場校正時，雖然測試距離可能滿足要求，但其他條件限制了外場幅相校正的可行性：1外場環境信號復雜，各種信號反射疊加相互干擾現象嚴重，影響校正精度；2天線轉臺轉動時的精度及外場環境(比如風、雨等)對天線陣的晃動影響。然而，無論是出廠校正還是現場遠場校正，都需要非常昂貴的外部校正設備，包括專門設計的微波暗室、專為遠場校正改裝的飛行器、遠場校正輻射源等。而且對這些設備本身的精度提出了非常高的要求，大大提高了雷達整機系統的成本。

發明內容