基于希尔伯特变换的幅相误差估计与校正方法技术

本发明专利技术公开了一种针对无源相控阵雷达的多路接收通道幅相误差的估计和校正方法，属于雷达信号处理技术领域。该方法通过Monte Carlo实验得到幅相误差估计，通过Hilbert变换对每一通道I/Q路进行独立的幅相误差校正。本发明专利技术通过FFT实现大部分运算，校正所需的运算量较低；通过Monte Carlo实验得到误差估计，估计精度较高；由于在频域完成估计和校正，可对不同频段分别校正；由于I/Q两路单独校正，单路IQ之间的幅相误差可一并予以校正。仿真试验和工程实例表明，本发明专利技术可有效地校正多路接收通道以及单路IQ之间的幅相误差。

Amplitude and Phase Error Estimation and Correction Method Based on Hilbert Transform

【技术实现步骤摘要】
基于希尔伯特变换的幅相误差估计与校正方法
本专利技术涉及的是一种雷达信号处理领域的幅相误差的估计和校正方法，特别是一种针对相控阵雷达的多个接收通道的幅相误差的估计和校正方法。
技术介绍
相控阵雷达(PhasedArrayRadar，PAR)即相位控制电子扫描阵列雷达，其通过控制多个天线单元的相位形成波束，在数据实时性、设备可靠性、多目标追踪能力、电子对抗能力上，相控阵雷达都优于机械扫描雷达相控阵雷达分为被动无源(PESA)与主动有源(AESA)两种。被动无源相控阵在上世纪已有成熟的系统，而主动有源相控阵在近现代才开始用于舰载、机载等军事用途上。在民用领域，虽然主动有源相控阵具有更好的性能，但是出于成本和设备复杂度的考虑，被动无源相控阵的应用更为广泛对于被动无源相控阵雷达，其多个接收通道的幅相误差校正是一个关键技术。雷达的多个接收通道会因为器件不一致、温度变化等原因导致幅相误差。幅相误差可能是射频组件带来的误差，如各通道放大器、混频器和滤波器的特性不一致等引起的误差，也可能是天线阵列带来的误差，如阵元位置的微小波动、阵元间互耦以及阵元馈线不同等造成的误差。当存在幅相误差时，会引起脉冲压缩输出信噪比降低，合成波束指向性能下降等不良的影响常用的多个接收通道的幅相误差校正方法有：通过三角函数的和差化积公式校正幅相误差，此方法需要用到同一个通道的IQ两路相互进行校正，当相位误差接近π/2的整数倍时引入的测量误差较大；通过时域移位校正幅相误差，此方法通常用于硬件的幅相误差校正实现，精度较低，且在时域进行校正，因此假定中频带宽内的幅相误差是一致的，没有频域的选择性一种有效的幅相误差校正思路是：通过Hilbert变换单独转换I路或者Q路至复数解析域，一方面用于基准信号引入时幅相误差的测量，另一方面可以在复频域进行幅相误差校正。这种方法的好处在于：可以通过MonteCarlo实验得到更精确的校正数据；单独校正I路或者Q路，相互之间没有影响；由于在频域进行校正，所以可以对不同频段分别校正；Hilbert变换可以通过FFT实现，运算量较低，适合实时处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种针对相控阵雷达的多个接收通道的幅相误差估计以及校正方法实现本专利技术的技术解决方案为：1、基于希尔伯特变换的幅相误差的估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对于具有N个接收通道，中频带宽为B的相控阵雷达：（1）把M个频点为mfr的基准点频信号接入接收通道的第n路(I路或者Q路)，其中m=1，2，…，M且B=Mfr（2）数据采集得到M组时长为T、采样率为fs、数据长度为X的第n路(I路或者Q路)的中频校正数据（3）对M组第n路(I路或者Q路)中频校正数据作长度为X的FFT运算，记录运算后的最大值幅度Anm，位置Lnm及相位Pnm（4）重复步骤（1）至（3），直到得到全部的N个接收通道的I路与Q路共2NM组最大值幅度Anm，位置Lnm及相位Pnm（5）重复步骤（1）至（4），若Lnm关于m相等，则有效MonteCarlo实验次数递增1，直至完成V次有效实验（6）计算Anm和Pnm关于V的样本均值EAnm和EPnm以及样本方差DAnm和DPnm。如果DAnm和DPnm小于要求误差，记录EAnm和EPnm为第n路(I路或者Q路)的第m个频段的幅度和相位校正值，否则重复步骤（1）至（5）（7）选择N个通道中的第r路(I路或者Q路)为参考支路，记录其幅度校正值EArm和相位校正值EPrm（8）计算除参考支路外的2N-1个支路的幅度差（9）计算除参考支路外的2N-1个支路的相位差其中，若参考支路与校正支路同相，i=0；若参考支路为I路，校正支路为Q路时，i=-1；若参考支路为Q路，校正支路为I路时，i=12、基于希尔伯特变换的幅相误差的校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对于具有N个接收通道，中频带宽为B的相控阵雷达：（1）以数据长度为Y的I路或者Q路回波数据为实部，补全0为虚部，作长度为Y的FFT运算，得到Sfn(y)；其中y=1，2，…，Y（2）对第n路(I路或者Q路)回波数据进行幅相校正，其中Sfnm(y)表示Sfn(y)在频段m中的频域数据，Cfnm(y)表示Cfn(y)在频段m中的校正后的频域数据（3）对第n路(I路或者Q路)校正后的频域数据Cfn(y)作长度为Y的IFFT运算，得到第n路(I路或者Q路)校正后的时域数据Cn(y)（4）取同一个通道的IQ两路的IFFT后的时域数据的实部组成此通道幅相校正完成的回波数据，其中，CI(y)表示Cn(y)中某一个通道的I路校正后的时域数据，CQ(y)表示Cn(y)中同一个通道的Q路校正后的时域数据本专利技术与现有技术相比，其显著优点包括：（1）通过MonteCarlo实验得到估计误差，估计精度较高（2）I路或者Q路独立校正，相互没有影响（3）在频域估计和校正，可对不同频段分别校正（4）单个通道的IQ两路之间的误差可一并予以校正（5）Hilbert变换通过FFT实现，运算量较低，实现较为容易下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是幅相误差估计和校正流程图图2是仿真的校正前频域波形图图3是仿真的校正后频域波形图图4是实测的校正前频域波形图图5是实测的校正后频域波形图图6是实测的幅度误差曲线图7是实测的相位误差曲线图8是实测的校正后16通道合成距离维波形图图9是实测的校正后16通道合成方位维波形图。具体实时方式结合附图1，基于希尔伯特变换的幅相误差估计与校正方法包括以下步骤：1、基于希尔伯特变换的幅相误差的估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对于具有N个接收通道，中频带宽为B的相控阵雷达，首先需要得到各个通道的幅相误差的估计：（1）先划分接收机中频频段。一般来说，各个通道的幅相误差主要取决于射频部分，中频部分对幅度影响较大，对相位的影响较小。但是如果接收机中频带宽较宽，则需要对中频频段进行划分并分别校正（2）对于某个测试通道的I路或者Q路，在某个段划分的中频频段中选择一个频点用于测试，把测试信号接入测试通道，数据采集得到测试数据。对所有中频频段作此步骤，直到得到此测试通道的各个中频频段的测试数据（3）对步骤（2）得到的所有的测试数据作FFT运算，因为接入的测试信号是点频信号，所以FFT结果的幅度最大值即为点频信号所在频点。记录运算后的最大值幅度，位置即所在频点以及此频点的相位（4）重复步骤（1）至（3），得到所有通道的I路或者Q路对于各个中频频段的最大值幅度，位置及相位。步骤（1）至（4），为一次MonteCarlo实验。因为测试数据总是含有相位噪声，所以要通过多次MonteCarlo实验以减小噪声带来的影响（5）对于MonteCarlo实验，如果测试数据FFT结果的最大值位置不变，即测试信号的频点没有飘动，则为一次有效实验。重复步骤（1）至（4），直至完成需求次数的有效实验（6）计算所有通道的I路或者Q路的所有中频频段得到的最大值幅度和相位关于实验次数的样本均值和样本方差。如果样本方差小于要求误差，表明有效实验测数足够，否则表明有效实验次数不足，需要重复步骤（1）至（5），完成更多次有效实验（7）选择某一个通道的I路或者Q路为参考支路，一般选择增益较大，信噪比较高的通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于希尔伯特变换的幅相误差估计与校正方法。

【技术特征摘要】
1.基于希尔伯特变换的幅相误差估计与校正方法。2.基于希尔伯特变换的幅相误差的估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对于具有N个接收通道，中频带宽为B的相控阵雷达：（1）把M个频点为mfr的基准点频信号接入接收通道的第n路(I路或者Q路)，其中m=1，2，…，M且B=Mfr；（2）数据采集得到M组时长为T、采样率为fs、数据长度为X的第n路(I路或者Q路)的中频校正数据；（3）对M组第n路(I路或者Q路)中频校正数据作长度为X的FFT运算，记录运算后的最大值幅度Anm，位置Lnm及相位Pnm；（4）重复步骤（1）至（3），直到得到全部的N个接收通道的I路与Q路共2NM组最大值幅度Anm，位置Lnm及相位Pnm；（5）重复步骤（1）至（4），若Lnm关于m相等，则有效MonteCarlo实验次数递增1，直至完成V次有效实验；（6）计算Anm和Pnm关于V的样本均值EAnm和EPnm以及样本方差DAnm和DPnm；如果DAnm和DPnm小于要求误差，记录EAnm和EPnm为第n路(I路或者Q路)的第m个频段的幅度和相位校正值，否则重复步骤（1）至（5）；（7）选择N个通道中的第r路(I路或者Q路)为参考支路，记录其幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁晓明，
申请(专利权)人：镇江雷森低空探测系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32