專利名稱：一種星載雙通道角跟蹤校準(zhǔn)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及星載雙通道角跟蹤體制雷達(dá)的通道相位校準(zhǔn)技術(shù)，是一種新的幅度相 位不一致性實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
雷達(dá)的接收通道是有源設(shè)備，內(nèi)部含低噪聲放大器、濾波器、衰減器等，而且接收 通道的本振信號源由頻率綜合器提供，由于這些設(shè)備的存在使得兩路接收通道的幅度與相 位不僅一致性差，并且會隨著溫度的變化而變化。因此，對于星載雙通道角跟蹤系統(tǒng)，必須 對兩路接收通道的幅度與相位一致性進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。單脈沖測角技術(shù)屬于同時(shí)波瓣測角技術(shù)的一種。在一個(gè)平面內(nèi)，兩個(gè)相同的波束 部分重疊，其交疊方向即為等信號軸。將這兩個(gè)波束同時(shí)收到的信號進(jìn)行比較，就可以取得 目標(biāo)在這個(gè)平面上的角誤差信號。雙通道角跟蹤體制，天線接收目標(biāo)回波信號，差模耦合器輸出“和”信號Σ，“方位 差”信號Δ α和“俯仰差”信號Δ β，這兩路信號經(jīng)過合成網(wǎng)絡(luò)后輸出“差”信號Δ，“差” 信號Δ是“方位差”信號Δ α及“俯仰差”信號Δ β的矢量和，這兩矢量互相垂直?！昂汀?信號Σ和“差”信號Δ分別經(jīng)過兩路下變頻通道后輸入數(shù)字信號處理器完成角度的求取。角誤差信號的求取是在和信號實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測后，作為基準(zhǔn)信號進(jìn)行角誤差求取， 其實(shí)質(zhì)就是求取差信號在和信號上的投影。差信號是方位角誤差信號和俯仰角誤差信號的 正交矢量和，那么在求取角誤差時(shí)應(yīng)該進(jìn)行方位差和仰角差分解。對于地面角跟蹤系統(tǒng)相位校準(zhǔn)，幾乎都建有專用的標(biāo)校塔，塔上裝標(biāo)校信號發(fā)射
2D2
裝置。塔與角跟蹤系統(tǒng)距離R應(yīng)滿足遠(yuǎn)場條件斤=彳。其中λ為標(biāo)校信號波長，D為天
Λ
線直徑，塔高應(yīng)保證天線第二旁瓣不打地。楊峰輝在“飛行器測控學(xué)報(bào)” 2003年第3期上發(fā)表題為“自動校相技術(shù)在現(xiàn)代測 控雷達(dá)中的實(shí)現(xiàn)”中敘述雙通道角跟蹤系統(tǒng)相位校準(zhǔn)方法和設(shè)備。它是在方位鑒相器前信 道中串一個(gè)可調(diào)移相器，在俯仰鑒相器前信道中串一個(gè)可調(diào)移相器，在執(zhí)行跟蹤任務(wù)前，天 線接收標(biāo)校塔發(fā)來的標(biāo)校信號。分別調(diào)節(jié)移相器，使方位角誤差特性的斜率、極性、交叉耦 合達(dá)到規(guī)定要求，使俯仰角誤差特性的斜率、極性、交叉耦合達(dá)到規(guī)定的要求。李珂在“電訊技術(shù)” 2007年第6期上發(fā)表題為“一種雙通道角跟蹤的快速校相方 法”，介紹了單脈沖雙通道角跟蹤接收機(jī)中一種不用尋找自跟蹤零點(diǎn)的校相方法。劉云飛在“無線電通信技術(shù)” 2003年第2期的題為“艦載測控系統(tǒng)的標(biāo)校”中敘述 艦載角跟蹤系統(tǒng)相位校準(zhǔn)方法和設(shè)備，它是在船頭適當(dāng)高度設(shè)置標(biāo)校信標(biāo)，這個(gè)距離比到 標(biāo)校塔距離(標(biāo)準(zhǔn)要求)小的很多。艦船出海前，分別用標(biāo)校塔信標(biāo)校準(zhǔn)，同時(shí)用船頭信標(biāo) 標(biāo)校并記憶兩者之差。出海后用船頭信標(biāo)標(biāo)校，并考慮“記憶”的兩者之差。毛南平在“電訊技術(shù)” 2004年第1期的題為“船載測控雷達(dá)海上無塔校相技術(shù)”中 提出一種海上放標(biāo)校球進(jìn)行動態(tài)標(biāo)校的方案。測量設(shè)備對標(biāo)定球光跟蹤，微光電視分離出
4光軸與目標(biāo)(球)的方位角誤差電壓ΔνΑΛ、俯仰角誤差電壓ΔνΕΛ，可以在ΔνΑΛ上人為 疊加一偏置電壓Δ Vms，此時(shí)在光跟蹤狀態(tài)下，角跟蹤系統(tǒng)對目標(biāo)方位進(jìn)行了偏置跟蹤，控 制偏置電壓ΔΑ δ的大小和極性，即可控制方位偏角的大小和極性，就可以實(shí)行角跟蹤系統(tǒng) 方位校相。前面敘述的校準(zhǔn)方法有兩點(diǎn)不足a只對信道的相位不一致進(jìn)行了校準(zhǔn)，沒有幅 度不一致的校準(zhǔn)；b設(shè)備在使用之前進(jìn)行校準(zhǔn)，使用過程中不能實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。對于星載角跟蹤系統(tǒng)的相位校準(zhǔn)，最典型的是中繼星這樣的同步軌道衛(wèi)星的&天 線跟蹤系統(tǒng)的相位校準(zhǔn)，用戶星這樣的低軌道衛(wèi)星Ka天線跟蹤系統(tǒng)的相位校準(zhǔn)。它們的共 同點(diǎn)都有衛(wèi)星姿態(tài)變化對相位校準(zhǔn)的影響，不同點(diǎn)是中繼星天線可以對準(zhǔn)地球表面的標(biāo)校 站進(jìn)行相位校準(zhǔn)，用戶星沒這個(gè)條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種星載雙通道角跟蹤校 準(zhǔn)系統(tǒng)以及利用該系統(tǒng)進(jìn)行角跟蹤校準(zhǔn)的方法，可在每個(gè)周期內(nèi)對兩個(gè)通道獨(dú)立的進(jìn)行誤 差校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的計(jì)算，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)角誤差信號的補(bǔ)償，通過添加簡單易于實(shí)現(xiàn)的硬件 解決了系統(tǒng)所需精度較高時(shí)對目標(biāo)角誤差信號的實(shí)時(shí)補(bǔ)償校準(zhǔn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種星載雙通道角跟蹤校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于包括天線裝置、極化雙工器、合成網(wǎng) 絡(luò)器、和路接收器、差路接收器、發(fā)射器、校準(zhǔn)裝置和數(shù)字信號處理器，其中天線裝置又包括 雙向射頻天線和模耦合器，校準(zhǔn)裝置又包括射頻開關(guān)、魔T以及兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器；所述的系 統(tǒng)在每個(gè)雷達(dá)處理周期中，先后工作在通道校準(zhǔn)模式和角度求取模式；在通道校準(zhǔn)模式下， 數(shù)字信號處理器將1個(gè)校準(zhǔn)信號輸出到發(fā)射器，將校準(zhǔn)控制信號輸出到射頻開關(guān)，射頻開 關(guān)只打開向魔T的輸出；發(fā)射器將校準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換為射頻校準(zhǔn)信號后通過射頻開關(guān)輸出到魔 T ；魔T將輸入的射頻校準(zhǔn)信號分為幅度相等、相位相同的兩路校準(zhǔn)信號，并分別送入兩個(gè) 校準(zhǔn)耦合器；兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器將輸入信號衰減后分別輸出到和路接收器和差路接收器；和 路接收器和差路接收器分別將輸入信號下變頻至中頻后輸出到數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號 處理器利用輸入的兩路信號計(jì)算幅度與相位的補(bǔ)償值；在角度求取模式下，數(shù)字信號處理 器將多個(gè)測量信號先后輸出到發(fā)射器，將測量控制信號輸出到射頻開關(guān)，射頻開關(guān)只打開 向極化雙工器的輸出；發(fā)射器將輸入的測量信號轉(zhuǎn)化為射頻測量信號后經(jīng)射頻開關(guān)輸出到 極化雙工器；極化雙工器將射頻測量信號送入天線裝置發(fā)射出去；當(dāng)天線裝置的雙向射頻 天線接收到目標(biāo)回波信號后，通過模耦合器將回波信號分為和路信號、方位差信號和俯仰 差信號后輸出；極化雙工器用于接收和路信號，合成網(wǎng)絡(luò)器用于接收方位差信號和俯仰差 信號并合成為一路差路信號；兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器直接將和路信號與差路信號分別送入和路接 收器和差路接收器；和路接收器和差路接收器將輸入信號下變頻至中頻后輸出到數(shù)字信號 處理器；數(shù)字信號處理器利用和路與差路的中頻信號獲取角誤差信號，并利用本雷達(dá)處理 周期內(nèi)的幅度與相位的補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償。數(shù)字信號處理器，在通道校準(zhǔn)模式下，對和路接收器與差路接收器輸出的和路與 差路的中頻信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻和脈沖壓縮處理；分別選擇兩路信號在峰值點(diǎn) 處的信號作為和路向量校準(zhǔn)信號與差路向量校準(zhǔn)信號；將差路向量校準(zhǔn)信號的模值除以和路向量校準(zhǔn)信號的模值得到幅度補(bǔ)償值，計(jì)算差路向量校準(zhǔn)信號相對于和路向量校準(zhǔn)信號 的夾角得到相位補(bǔ)償值；在角度求取模式下，分別將目標(biāo)回波信號輸入和路接收器與差路 接收器；將和路接收器與差路接收器輸出的中頻信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻、脈沖壓縮 處理和多脈沖積累處理后獲得和路向量信號與差路向量信號；以和路向量信號為基準(zhǔn)信號 進(jìn)行目標(biāo)檢測；計(jì)算差路向量信號在和路向量信號上的投影，獲得角誤差信號；利用通道 校準(zhǔn)模式下獲得的幅度和相位補(bǔ)償值對角誤差信號進(jìn)行補(bǔ)償。一種星載雙通道角跟蹤校準(zhǔn)方法，其特征在于在每一個(gè)雷達(dá)處理周期中通過以 下步驟獲得目標(biāo)的角誤差信號，首先，進(jìn)行校準(zhǔn)處理步驟Al、產(chǎn)生兩路幅度相等、相位相同的射頻校準(zhǔn)信號；A2、將射頻校準(zhǔn)信號分別送入和路接收通道與差路接收通道；A3、分別將和路接收通道與差路接收通道中的射頻校準(zhǔn)信號下變頻至中頻后輸出；A4、分別對兩路中頻校準(zhǔn)信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻和脈沖壓縮處理后，選取 兩路信號在峰值點(diǎn)處的信號作為和路向量校準(zhǔn)信號與差路向量校準(zhǔn)信號；A5、利用和路向量校準(zhǔn)信號與差路向量校準(zhǔn)信號，計(jì)算相位補(bǔ)償值和幅度補(bǔ)償值，然后，進(jìn)行角度求取計(jì)算角誤差信號，并利用幅度和相位補(bǔ)償值對角誤差信號進(jìn) 行校準(zhǔn)。角度求取通過以下步驟實(shí)現(xiàn)Bi、將接收到的目標(biāo)回波信號分別分為和路信號、方位差信號和俯仰差信號；B2、將和路信號送入和路接收通道，將方位差信號和俯仰差信號合成為一路差路 信號后送入差路接收通道；B3、分別將和路接收通道和差路接收通道內(nèi)的和路信號和差路信號下變頻至中頻 后輸出；B5、分別對兩路中頻信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻、脈沖壓縮處理，并對目標(biāo)回 波信號進(jìn)行多脈沖積累處理后產(chǎn)生和路向量信號與差路向量信號；B6、將和路向量信號作為基準(zhǔn)信號進(jìn)行目標(biāo)檢測，計(jì)算差路信號在和路信號上的 投影獲得角誤差信號。幅度和相位補(bǔ)償值的計(jì)算方法為將差路向量校準(zhǔn)信號的模值除以和路向量校準(zhǔn) 信號的模值得到幅度補(bǔ)償值，將差路向量校準(zhǔn)信號相對于和路向量校準(zhǔn)信號夾角作為相位 補(bǔ)償值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果(1)利用本發(fā)明的系統(tǒng)可在角誤差信號的求取前首先對和路與差路兩個(gè)通道的誤 差分別進(jìn)行測量，同時(shí)由于該系統(tǒng)中還包括校準(zhǔn)裝置，因此使得系統(tǒng)可以在每個(gè)周期內(nèi)即 使在雙通道各自幅度和相位不一致的情況下，仍能準(zhǔn)確獲得誤差校準(zhǔn)信號。(2)利用本發(fā)明的方法使系統(tǒng)在每一個(gè)雷達(dá)周期內(nèi)分別工作于通道校準(zhǔn)模式與角 度求取模式，在通道校準(zhǔn)模式下用于測量雙通道誤差的計(jì)算方法快捷、簡單，且具有高實(shí)時(shí) 性的優(yōu)點(diǎn)。相對于現(xiàn)有技術(shù)僅對雙通道誤差一次性測量的方法提高了對角誤差信號的測量 精度。(3)系統(tǒng)主要是通過校準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)了對雙通道的誤差測量的，而校準(zhǔn)裝置還具有設(shè)計(jì)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明的方法流程圖；圖3為和路與差路信號向量圖；圖4 為 ADC、DDC 原理圖；；圖5為接收通道校準(zhǔn)流程圖；圖6為本發(fā)明的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述。一、系統(tǒng)綜述如圖1所示為本發(fā)明中的系統(tǒng)框圖，本發(fā)明中的系統(tǒng)包括天線裝置、化雙工器、 合成網(wǎng)絡(luò)器、和路接收器、差路接收器、發(fā)射器、數(shù)字信號處理器和校準(zhǔn)裝置，其中校準(zhǔn)裝置 又包括射頻開關(guān)、魔T以及兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器。從圖中可見各個(gè)部件的連接關(guān)系。其中，和路 接收器構(gòu)成和路接收通道；差路接收器構(gòu)成差路接收通道。在每一個(gè)周期內(nèi)，采用本系統(tǒng)首先可以對當(dāng)前周期內(nèi)兩個(gè)通道的誤差進(jìn)行測量， 分別獲得幅度補(bǔ)償值和相位補(bǔ)償值。然后再進(jìn)行目標(biāo)角的檢測，獲得角誤差信號后再利用 幅度補(bǔ)償值和相位補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償。幅度/相位補(bǔ)償值與角誤差信號的獲取分別在系統(tǒng)的 通道校準(zhǔn)模式與角度求取模式下進(jìn)行。在通道校準(zhǔn)模式下，數(shù)字信號處理器向發(fā)射器輸入校準(zhǔn)信號，并利用校準(zhǔn)控制信 號打開射頻開關(guān)向魔T方向的輸出。校準(zhǔn)信號經(jīng)發(fā)射器轉(zhuǎn)換為射頻形式后，被魔T被分為 兩路幅度相等、相位相同的兩路信號分別送入兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器。一個(gè)校準(zhǔn)耦合器的輸出送 入和路接收器；另一個(gè)校準(zhǔn)耦合器的輸出送入差路接收器。和路接收器和差路接收器的輸 出同時(shí)送入數(shù)字信號處理器，并利用數(shù)字信號處理器計(jì)算幅度/相位補(bǔ)償信號。在角度求取模式下，數(shù)字信號處理器向發(fā)射器輸入測量信號，并利用測量控制信 號打開射頻開關(guān)向天線裝置方向的輸出，射頻形式的測量信號經(jīng)極化雙工器后通過雙向射 頻天線輻射出去。雙向射頻天線將接收到的目標(biāo)回波信號經(jīng)模耦合器后分為和路信號、方 位差信號和俯仰差信號。和路信號經(jīng)極化雙工器、一個(gè)校準(zhǔn)耦合器與和路接收器后送入數(shù) 字信號處理器。方位差信號和俯仰差信號經(jīng)合成網(wǎng)絡(luò)器合成為一路差路信號后經(jīng)另一個(gè)校 準(zhǔn)耦合器與和差路接收器后送入數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器利用和路信號與差路信 號獲取角誤差信號并利用幅度/相位補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償。二、部件介紹1、天線裝置本實(shí)施例天線按功能可進(jìn)一步劃分為雙向射頻天線與模耦合器，天線根據(jù)TE21 天線體制進(jìn)行設(shè)計(jì)具有雙向收發(fā)的功能。工作于角度求取模式，當(dāng)系統(tǒng)在發(fā)射信號時(shí)，用于 將極化雙工器的射頻測量信號進(jìn)行發(fā)射；當(dāng)系統(tǒng)在接收信號時(shí)，用于將射頻測量信號遇到 目標(biāo)后的回波信號進(jìn)行接收。利用其中的模耦合器將回波信號分為和路信號Σ、方位差信
7號Δ α和俯仰差信號Δ β。2、極化雙工器與合成網(wǎng)絡(luò)器極化雙工器用于在角度求取模式下控制輸入信號的輸出方向，當(dāng)系統(tǒng)在發(fā)信號 時(shí)，將輸入信號向天線裝置的模耦合器輸入；當(dāng)系統(tǒng)在接收信號時(shí)，將天線裝置的模耦合器 的輸入的和路信號Σ向校準(zhǔn)耦合器輸出。合成網(wǎng)絡(luò)器用于在角度求取模式下將輸入的方位差信號Δ α和俯仰差信號Δ β 合成一路差路信號Δ。如圖3所示，方位差信號Δ α和俯仰差信號Δ β為兩路相互正交 的信號，差路信號Δ為方位差信號Δ α與俯仰差信號Δ β的矢量和。3、和路接收器與差路接收器和路接收器與差路接收器分別構(gòu)成系統(tǒng)的和路接收通道與差路接收通道，用于分 別將輸入的和路信號Σ和差路信號Δ下變頻至中頻處理。在本實(shí)施例中，通過下變頻處理 將輸入信號變化至大約100MHz。主要技術(shù)指標(biāo)要求為接收器中頻輸出信號的-IdBm壓縮 點(diǎn)的功率Pch ^ +IOdBm ；通道增益:100dB士2dB ；自動增益控制范圍64dB。4、發(fā)射器發(fā)射器用于將數(shù)字信號處理器輸入的測量信號或校準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)化為射頻形式后輸 出到校準(zhǔn)裝置中的射頻開關(guān)。5、校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)裝置包括射頻開關(guān)、魔T和兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器。射頻開關(guān)用于根據(jù)數(shù)字信號處理器的控制信號對輸入信號進(jìn)行選擇路輸出。魔T僅在通道校準(zhǔn)模式下工作，通過功分處理將輸入的射頻校準(zhǔn)信號分為幅度相 等、相位相同的信號分別輸出給兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器。主要技術(shù)指標(biāo)要求駐波比1. 2 ；隔離 度彡25dB ；插入損耗^ 0. 5dB。校準(zhǔn)耦合器用于將輸入的射頻信號耦合進(jìn)兩個(gè)接收通道。在通道校準(zhǔn)模式下， 對輸入信號進(jìn)行衰減以保證進(jìn)入接收通道的信號不會過飽和；在角度求取模式下，直接將 輸入信號送入接收通道。主要技術(shù)指標(biāo)為耦合度_32士2dB ；隔離度25dB ；駐波比 (1. 1 ；插入損耗^ 0. 25dB。采用以上技術(shù)指標(biāo)，在通道校準(zhǔn)模式下，射頻開關(guān)輸出的射頻校準(zhǔn)信號大小為 OdBm,經(jīng)過魔T后輸出兩路射頻校準(zhǔn)信號大小為-3. 5dBm,經(jīng)校準(zhǔn)耦合器耦合進(jìn)入接收 通道的信號大小為-35. 5dBm，控制接收通道自動增益衰減60dB，接收器中頻輸出信號為 4. 5dBm。6、數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理器主要用于在每個(gè)周期內(nèi)對輸入信號進(jìn)行計(jì)算。在通道校準(zhǔn)模式 下，完成幅度/相位補(bǔ)償信號的計(jì)算；在角度求取模式下，利用幅度/相位補(bǔ)償值完成目標(biāo) 角誤差信號的求取。三、方法介紹下面就結(jié)合圖2、3、4、5、6對本發(fā)明中的方法結(jié)合具體實(shí)施例作進(jìn)一步介紹。以脈沖雷達(dá)為例，首先圖6的所示的方法時(shí)序圖，在每一個(gè)雷達(dá)處理周期，通道校 準(zhǔn)模式下時(shí)系統(tǒng)發(fā)射1個(gè)脈沖信號，角度求取模式下系統(tǒng)發(fā)射N-I個(gè)脈沖信號，在本實(shí)施例 中N取129，即在角度求取模式下系統(tǒng)發(fā)射128個(gè)脈沖信號。因此通道校準(zhǔn)模式所占用的時(shí)間很少。通道校準(zhǔn)模式與角度求取模式在時(shí)間上先后進(jìn)行，和路與差路接收器在高電平是 接收信號，其工作狀態(tài)用圖6中“接收機(jī)工作狀態(tài)”軸表示。圖2所示為方法流程圖。首先系統(tǒng)判斷控制信號類型，當(dāng)為校準(zhǔn)控制信號時(shí)，校準(zhǔn) 指令判斷為真，系統(tǒng)進(jìn)入通道校準(zhǔn)模式，發(fā)送與接收兩個(gè)通道的校準(zhǔn)信號，然后進(jìn)行接收通 道校準(zhǔn)。然后，系統(tǒng)進(jìn)入角度求取模式，發(fā)送射頻測量信號并接收目標(biāo)回波信號，完成目標(biāo) 的角誤差信號求取。最后進(jìn)行指令判斷，所判斷結(jié)果為假，則重復(fù)進(jìn)行如上過程。以下說明均以脈沖多普勒體制為例，發(fā)射信號為線性調(diào)頻信號1、接收通道校準(zhǔn)接收通道校準(zhǔn)步驟中利用和路與差路的校準(zhǔn)信號獲得幅度/相位補(bǔ)償值的過程 在數(shù)字信號處理器中進(jìn)行。如圖5，計(jì)算步驟包括A/D采樣(ADC)、數(shù)字下變頻(DDC)、數(shù)字 脈沖壓縮(DPC)與計(jì)算。1.1、ADC 與 DDC如圖4所示，利用A/D采樣獲得離散的中頻數(shù)字序列，如同模擬正交相干檢波處理 一樣，進(jìn)行數(shù)字相干檢波，采樣率轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字序列。采樣率為100MHz。1. 2, DPC線性調(diào)頻信號屬于大時(shí)寬帶寬積信號的一種，它采用非線性相位實(shí)現(xiàn)脈沖頻譜展 寬，提高了雷達(dá)距離分辨力。采用匹配濾波器，可以將接收通道接收到的寬脈沖信號經(jīng)過處 理得到窄脈沖信號，實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮，同時(shí)提高信噪比。假設(shè)雷達(dá)發(fā)射信號的歸一化復(fù)信號χ (t)如式(3)所示，x(t) = · Γθο φ · V2 , IiI < Ζ μ = I(3)
Vr τ1 丨 2 r
ι其中μ為調(diào)頻斜率，B為調(diào)頻帶寬，T為信號持續(xù)時(shí)間，$為歸一化信號幅度。其歸一化匹配濾波器的沖擊響應(yīng)h(t)如式(4)所示，hit) = -^r · rect{U ·| | < Τ-(4)
yT^丄則x(t)經(jīng)過h(t)后的輸出y(t)如式(5)(5)
nBt可見輸出信號幅度增加了頂倍,寬度減小為I ,實(shí)現(xiàn)了時(shí)間上的壓縮。1. 3、幅度/相位補(bǔ)償信號計(jì)算和差兩路接收通道內(nèi)的校準(zhǔn)信號在完成了數(shù)字脈沖壓縮(DPC)后，分別提取出和 路信號與差路信號在峰值點(diǎn)處的信號作為和路向量校準(zhǔn)信號與差路向量校準(zhǔn)信號。差路向量校準(zhǔn)信號的模值除以和路向量校準(zhǔn)信號的模值即為幅度補(bǔ)償值，差路向 量校準(zhǔn)信號相對于和路向量校準(zhǔn)信號的夾角即為相位補(bǔ)償值。2、角誤差信號求取2. 1、測量信號的發(fā)送與接收在角度求取步驟中，首先系統(tǒng)向外輻射N-I個(gè)脈沖的測量信號，測量信號通過數(shù)
9字信號處理器產(chǎn)生，經(jīng)過射頻開關(guān)后輸入到極化雙工器經(jīng)天線裝置發(fā)射。在當(dāng)前周期內(nèi)，對 接收到的目標(biāo)回波信號再分為和路與差路信號后分別經(jīng)和路接收通道與差路接收通道后 送入數(shù)字信號處理器。在數(shù)字信號處理器中，對于每對輸入的和路與差路信號完成上述的ADC、DDC和 DPC后，再將N-I個(gè)發(fā)射脈沖的目標(biāo)回波信號進(jìn)行多脈沖累計(jì)處理，從而產(chǎn)生和路信號與差
路信號。2.1、目標(biāo)檢測角誤差信號的求取是在利用和路實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測后進(jìn)行的。目標(biāo)檢測就是在滿足一 定虛警率Pfa的條件下來進(jìn)行門限估計(jì)，即信號電平與噪聲電平進(jìn)行比較。首先進(jìn)行噪聲電平估計(jì)。在通常情況下，高斯白噪聲經(jīng)過包絡(luò)檢波后服從瑞利分 布，如式(6)，則其統(tǒng)計(jì)平均值M(X)的值如式(7)，Ρ(χ) = ~β~χ1ησ1Μ{χ) = V昏 σ令} = I則代入式(6)可得式⑶，令門限V。，則虛警率為尸/a
(7)
p{y) = ye~y ‘2(8)在本實(shí)施例中，系統(tǒng)要求虛警率為Pfa = 10_5，則門限Vtl = 4. 7985。2. 2、角誤差計(jì)算以和路信號Σ為基準(zhǔn)信號實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)檢測。則角誤差信號求取的過程實(shí)質(zhì)上就是 求取差路信號Δ在和路信號Σ上的投影。由于差路信號Δ是方位差信號Δ α和俯仰差 信號Δ β的正交矢量和，則首先將差路信號Δ再分解為方位差信號Δ α和俯仰差信號 Δ β，如圖3所示。方位差信號Δ α為差路信號Δ在和路信號Σ同相分量上的投影，如式 (9)， 俯仰差信號Δ β為差路信號Δ在和路信號Σ正交分量上的投影，如式(10)， 其中ρ為和差信道的相位差，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)固有，可在設(shè)計(jì)時(shí)獲得。在獲得兩個(gè)投影信號后，再利用上述的幅度/相位補(bǔ)償信號進(jìn)行補(bǔ)償。對于幅度 補(bǔ)償信號，通過和路信號除以差路信號獲得，則將幅度補(bǔ)償信號再乘于求得的角誤差信號 之上；對于相位補(bǔ)償信號，則至于加減于求得的角誤差信號的相位之上即可。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
一種星載雙通道角跟蹤校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于包括天線裝置、極化雙工器、合成網(wǎng)絡(luò)器、和路接收器、差路接收器、發(fā)射器、校準(zhǔn)裝置和數(shù)字信號處理器，其中天線裝置又包括雙向射頻天線和模耦合器，校準(zhǔn)裝置又包括射頻開關(guān)、魔T以及兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器；所述的系統(tǒng)在每個(gè)雷達(dá)處理周期中，先后工作在通道校準(zhǔn)模式和角度求取模式；在通道校準(zhǔn)模式下，數(shù)字信號處理器將1個(gè)校準(zhǔn)信號輸出到發(fā)射器，將校準(zhǔn)控制信號輸出到射頻開關(guān)，射頻開關(guān)只打開向魔T的輸出；發(fā)射器將校準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換為射頻校準(zhǔn)信號后通過射頻開關(guān)輸出到魔T；魔T將輸入的射頻校準(zhǔn)信號分為幅度相等、相位相同的兩路校準(zhǔn)信號，并分別送入兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器；兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器將輸入信號衰減后分別輸出到和路接收器和差路接收器；和路接收器和差路接收器分別將輸入信號下變頻至中頻后輸出到數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器利用輸入的兩路信號計(jì)算幅度與相位的補(bǔ)償值；在角度求取模式下，數(shù)字信號處理器將多個(gè)測量信號先后輸出到發(fā)射器，將測量控制信號輸出到射頻開關(guān)，射頻開關(guān)只打開向極化雙工器的輸出；發(fā)射器將輸入的測量信號轉(zhuǎn)化為射頻測量信號后經(jīng)射頻開關(guān)輸出到極化雙工器；極化雙工器將射頻測量信號送入天線裝置發(fā)射出去；當(dāng)天線裝置的雙向射頻天線接收到目標(biāo)回波信號后，通過模耦合器將回波信號分為和路信號、方位差信號和俯仰差信號后輸出；極化雙工器用于接收和路信號，合成網(wǎng)絡(luò)器用于接收方位差信號和俯仰差信號并合成為一路差路信號；兩個(gè)校準(zhǔn)耦合器直接將和路信號與差路信號分別送入和路接收器和差路接收器；和路接收器和差路接收器將輸入信號下變頻至中頻后輸出到數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器利用和路與差路的中頻信號獲取角誤差信號，并利用本雷達(dá)處理周期內(nèi)的幅度與相位的補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載雙通道角跟蹤實(shí)時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù) 字信號處理器，在通道校準(zhǔn)模式下，對和路接收器與差路接收器輸出的和路與差路的中頻 信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻和脈沖壓縮處理；分別選擇兩路信號在峰值點(diǎn)處的信號作 為和路向量校準(zhǔn)信號與差路向量校準(zhǔn)信號；將差路向量校準(zhǔn)信號的模值除以和路向量校準(zhǔn) 信號的模值得到幅度補(bǔ)償值，計(jì)算差路向量校準(zhǔn)信號相對于和路向量校準(zhǔn)信號的夾角得到 相位補(bǔ)償值；在角度求取模式下，分別將目標(biāo)回波信號輸入和路接收器與差路接收器；將 和路接收器與差路接收器輸出的中頻信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻、脈沖壓縮處理和多 脈沖積累處理后獲得和路向量信號與差路向量信號；以和路向量信號為基準(zhǔn)信號進(jìn)行目標(biāo) 檢測；計(jì)算差路向量信號在和路向量信號上的投影，獲得角誤差信號；利用通道校準(zhǔn)模式 下獲得的幅度和相位補(bǔ)償值對角誤差信號進(jìn)行補(bǔ)償。
3.一種星載雙通道角跟蹤校準(zhǔn)方法，其特征在于在每一個(gè)雷達(dá)處理周期中通過以下 步驟獲得目標(biāo)的角誤差信號，首先，進(jìn)行校準(zhǔn)處理步驟 Al、產(chǎn)生兩路幅度相等、相位相同的射頻校準(zhǔn)信號； A2、將射頻校準(zhǔn)信號分別送入和路接收通道與差路接收通道； A3、分別將和路接收通道與差路接收通道中的射頻校準(zhǔn)信號下變頻至中頻后輸出； A4、分別對兩路中頻校準(zhǔn)信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻和脈沖壓縮處理后，選取兩路 信號在峰值點(diǎn)處的信號作為和路向量校準(zhǔn)信號與差路向量校準(zhǔn)信號；A5、利用和路向量校準(zhǔn)信號與差路向量校準(zhǔn)信號，計(jì)算相位補(bǔ)償值和幅度補(bǔ)償值， 然后，進(jìn)行角度求取計(jì)算角誤差信號，并利用幅度和相位補(bǔ)償值對角誤差信號進(jìn)行校
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種角跟蹤校準(zhǔn)方法其特征在于所述的角度求取通過以下 步驟實(shí)現(xiàn)Bi、將接收到的目標(biāo)回波信號分別分為和路信號、方位差信號和俯仰差信號； B2、將和路信號送入和路接收通道，將方位差信號和俯仰差信號合成為一路差路信號 后送入差路接收通道；B3、分別將和路接收通道和差路接收通道內(nèi)的和路信號和差路信號下變頻至中頻后輸出；B5、分別對兩路中頻信號進(jìn)行數(shù)字采樣、數(shù)字下變頻、脈沖壓縮處理，并對目標(biāo)回波信 號進(jìn)行多脈沖積累處理后產(chǎn)生和路向量信號與差路向量信號；B6、將和路向量信號作為基準(zhǔn)信號進(jìn)行目標(biāo)檢測，計(jì)算差路信號在和路信號上的投影 獲得角誤差信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種角跟蹤校準(zhǔn)方法其特征在于所述的幅度和相位補(bǔ)償值 的計(jì)算方法為將差路向量校準(zhǔn)信號的模值除以和路向量校準(zhǔn)信號的模值得到幅度補(bǔ)償值， 將差路向量校準(zhǔn)信號相對于和路向量校準(zhǔn)信號夾角作為相位補(bǔ)償值。
全文摘要
一種星載雙通道角跟蹤校準(zhǔn)系統(tǒng)及方法，包括天線裝置、極化雙工器、合成網(wǎng)絡(luò)、和路接收器、差路接收器、發(fā)射器和數(shù)字信號處理器，其特征在于還包括校準(zhǔn)裝置。通過加入校準(zhǔn)裝置使得系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對角誤差信號在每個(gè)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)的精度。同時(shí)，本發(fā)明中的校準(zhǔn)裝置還具有簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01S7/40GK101923157SQ201010240129
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者孫文鋒, 宋大偉, 尚社, 李棟, 范曉彥 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所