一种快速的多发多收的阵列校正系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及雷达技术领域，具体地说，是一种快速的多发多收的阵列校正系统及方法，解决MIMO阵列系统、尤其是均匀线阵中多天线和多收发通道由于通道间耦合导致的幅度和相位不一致的问题，包括多发多收阵列雷达，雷达信号接收和转发分系统，校正计算和验证单元；多发多收阵列雷达由多通道发射机，发射天线阵列，接收天线阵列，多通道接收机，信号处理机和总线通讯控制器构成，包括M个发射机通道和发射天线通道，N个接收机通道和接收天线通道，其中发射通道个数M接收通道个数N根据用户需要选择，根据不同的发射通道和接收通道数，以及不同的波形体制可以做简单阵列，分时MIMO，正交波形分集MIMO等，本实施例中采用分时MIMO体制。

A fast array correction system and method for multiple transmitter and multiple receiver

【技术实现步骤摘要】
一种快速的多发多收的阵列校正系统及方法
本专利技术涉及雷达
，具体地说，是一种快速的多发多收的阵列校正系统及方法，用于校正或多发多收(MIMO)多天线阵列雷达中通道误差的系统及方法，用于解决MIMO阵列系统、尤其是均匀线阵中多天线和多收发通道由于通道间耦合导致的幅度和相位不一致的问题。
技术介绍
目前，国内外在雷达阵列校正
中，校正发射或接收系统的耦合校正一般是采用的分开校正的方法。常见的校正方法有注入参考源法和盲校正法。廖桂生等人在其专利申请文件《一种多输入多输出雷达系统阵列误差自校正的方法》(公开号CN101251597A)中公开了一种多输入多输出雷达系统阵列误差自校正的方法。该方法是在多输入多输出雷达系统发射阵列已经校正的前提下，对接收阵列方位依赖的幅度和相位误差进行自校正。该方法利用多输入多输出雷达系统的2个已经校正的发射阵元发射相互正交的信号，然后利用发射信号的正交性用匹配滤波的方法分离各发射阵元的回波信号，利用回波信号构造自相关矩阵和互相关矩阵，，利用旋转不变子空间方法估计阵列的真实导向矢量和目标角度，最后利用估计得到的阵列的真实导向矢量和目标角度，实现校正阵列方位依赖的幅度相位误差的目的。这种方法只能校正接收通道的幅度相位一致性，对接收通道间的耦合做补偿和校正。不能同时补偿发射通道的耦合和幅度相位一致性，而且系统复杂，发射通道的信号正交性对最终的校正影响较大，很难保证发射通道中发射信号的正交性。S.Kobayakawa,M.TsutsuiandY.Tanaka等人在文献“ABlindCalibrationMethodforanAdaptiveArrayAntenainDS-CDMASystemUsinganMMSEAlgorithm”(VTC2000-SpringTokyo.2000IEEE51st,Vol1,page21)中公开了一种盲校正装置。该装置采用自适应算法，对从发射天线通道直接耦合得到的参考信号和经过发射天线各射频通道的采样信号做迭代运算，从而得到每个发射通道的校正权值。盲校正方法对所应用的环境和采集的信号数据要求苛刻。它要求由发射天线通道直接耦合得到的参考信号数据和经过发射天线各射频通道的采样数据严格同步，否则自适应迭代算法将发散，达不到校正的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种快速的收发通道联合的校正系统，以及应用此系统校正收发通道耦合和幅相误差的方法。从而可以使MIMO阵列中各收发通道的幅相响应一致。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种快速的多发多收的阵列通道校正系统，包括多发多收阵列雷达，雷达信号接收和转发分系统，旋转控制单元，校正计算和验证单元。多发多收阵列雷达包括多通道发射机，发射天线阵列，接收天线阵列，多通道接收机，信号处理机和总线通讯控制器。旋转控制单元包括一个转台和一个高精度的转台控制器。多发多收阵列雷达固定在旋转控制单元上，雷达信号接收和转发分系统固定在暗室的另一端，旋转控制单元和雷达信号接收和转发分系统之间的距离符合远场条件。多发多收阵列雷达的总线通讯控制器连接校正计算和验证单元。雷达信号接收和转发分系统由接收喇叭天线、发射喇叭天线、微波前端模块、信号处理和通信模块、电源模块、金属外壳、保护罩组成。接收喇叭天线接收多发多收阵列雷达发射的信号，通过微波前端模块下变到中频，信号处理和通信模块接收校正计算和验证单元的控制，将中频信号经过信号处理附加多普勒频率调制后给微波前端模块，微波前端模块上变频后将信号通过发射喇叭天线发射出去。多发多收雷达接收到雷达信号接收和转发分系统的发射信号后将目标点提取出来通过总线通讯控制器传给校正计算和验证单元。校正计算和验证单元计算完校正矩阵后通过CAN总线写入多发多收阵列雷达。旋转控制单元控制转台转动，验证雷达测角精度是否符合要求，从而确定校正是否成功。本专利技术的进一步改进，旋转控制单元包括转台和转台控制器，转台为一个具有俯仰和方位二维旋转的机械装置，该转台的俯仰范围从-80°到+80°、刻度精度为0.1°、方位范围从-120°到+120°、刻度精度为0.1°；转台控制器用于控制转台满足精度要求进行旋转，并通过图形用户界面GUI控制方位或俯仰的旋转范围和旋转步进。本专利技术还披露了一种快速的多发多收的阵列校正方法，使用上述系统，对M个发射通道，N个接收通道通过分时MIMO虚拟的M*N个接收通道的快速的幅相误差校正方法的步骤如下：获取回波信号信息1a)使旋转控制单元上的零点对准雷达信号接收和转发分系统发射喇叭天线和接收喇叭天线的中心，保证其俯仰和方位上的一致性1b)在校正计算和验证单元界面设置目标速度Vm/s，以及转台旋转速度K°/s，并将两组数据通过CAN总线分别传给雷达信号接收和转发分系统以及旋转控制单元的状态控制器。1c)接收到指令后，多发多收阵列雷达和雷达信号接收和转发分系统开始工作。之后旋转控制单元的转台开始工作。1d)多发多收雷达将预定选取的9个方位的每一个角度下的M*N个虚拟通道的快速傅里叶变换FFT后的复数平面做恒虚警检测和目标检测，将符合设定速度和距离的目标点对应的M*N个复数FFT数据通过总线传递给校正计算和验证单元。计算校正矩阵和阵元间距2a)校正计算和验证单元将不同角度的目标回波信号存储在SDRAM内，当旋转控制单元完成所有角度的遍历后开始计算校正矩阵。2b)将各个角度的不同帧不同通道的复数排列成一个复平面，每一行是不同通道和不同帧的复数，每一列是不同的角度下的复数值。2c)估算(M*N)*(M*N)的校正矩阵和虚拟接收阵元间距。2d)将估算的校正矩阵和阵元间距通过总线写入多发多收雷达。验证校正矩阵3a)校正计算和验证单元发送验证角度指令给旋转控制单元。3b)旋转控制单元每隔L°验证测角结果并和真值比较。3c)遍历完所有验证角度后，如果每个角度和真值的误差都在规定范围内则验证完成，校正矩阵和阵元间距估计正确。3d)如果有角度不满足误差要求则重新校正，返回步骤(1)。如果校正两次都不满足则认为是坏件，更换雷达。其中，上述步骤2c)流程中，估算出一个12*12的校正矩阵和总共12个虚拟接收阵元的间距，采用的方法如下：首先给各通道间相位和各阵元间距进行初始化，设定初始相位和初始间距为0；其次将2b)的复平面重排成一个三位矩阵，第一维(行)为9个不同的角度，第二维(列)为12个不同的通道，第三维(页)为10帧不同的数据，对每一帧数据，先求出不同通道之间的相位差，并解卷绕；再次对每帧数据12个通道之间解算出的实际的相位差与理论差值做线性插值，将其差做每帧阵元间距误差的估计值；再次建立一个幅度对角矩阵，将每帧12个通道9个角度下的数据做如下处理：其中datauncal8为9*12的二维矩阵，将Ammatrix乘以导向矢量得到期望的回波信号，导向矢量的阵元间距用上述的估计值，之后以第一个通道为基准对回波信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速的多发多收的阵列通道校正系统，包括多发多收阵列雷达、雷达信号接收和转发分系统、旋转控制单元、校正计算和验证单元，其特征在于：所述多发多收阵列雷达包括多通道发射机、发射天线阵列、接收天线阵列、多通道接收机、信号处理机和总线通讯控制器；所述旋转控制单元包括一个转台和一个高精度的转台控制器；所述多发多收阵列雷达固定在所述旋转控制单元上，所述雷达信号接收和转发分系统固定在暗室的另一端，所述旋转控制单元和所述雷达信号接收和转发分系统之间的距离符合远场条件；所述多发多收阵列雷达的总线通讯控制器连接所述校正计算和验证单元；所述雷达信号接收和转发分系统由接收喇叭天线、发射喇叭天线、微波前端模块、信号处理和通信模块、电源模块、金属外壳、保护罩组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速的多发多收的阵列通道校正系统，包括多发多收阵列雷达、雷达信号接收和转发分系统、旋转控制单元、校正计算和验证单元，其特征在于：所述多发多收阵列雷达包括多通道发射机、发射天线阵列、接收天线阵列、多通道接收机、信号处理机和总线通讯控制器；所述旋转控制单元包括一个转台和一个高精度的转台控制器；所述多发多收阵列雷达固定在所述旋转控制单元上，所述雷达信号接收和转发分系统固定在暗室的另一端，所述旋转控制单元和所述雷达信号接收和转发分系统之间的距离符合远场条件；所述多发多收阵列雷达的总线通讯控制器连接所述校正计算和验证单元；所述雷达信号接收和转发分系统由接收喇叭天线、发射喇叭天线、微波前端模块、信号处理和通信模块、电源模块、金属外壳、保护罩组成。


2.根据权利要求1所述的快速的多发多收的阵列通道校正系统，其特征在于，所述旋转控制单元包括转台和转台控制器，所述转台为一个具有俯仰和方位二维旋转的机械装置，该转台的俯仰范围从-80°到+80°、刻度精度为0.1°、方位范围从-120°到+120°、刻度精度为0.1°；所述转台控制器用于控制转台满足精度要求进行旋转，并通过图形用户界面GUI控制方位或俯仰的旋转范围和旋转步进。


3.一种快速的多发多收的阵列校正方法，使用如权利要求2所述快速的多发多收的阵列通道校正系统，其特征在于，对M*N个虚拟通道实现幅相误差校正的步骤如下：
步骤一：获取回波信号信息；
步骤二：计算校正矩阵和阵元间距；
步骤三：验证校正矩阵；
所述步骤一的具体流程如下：
1a)使旋转控制单元上的零点对准雷达信号接收和转发分系统发射喇叭天线和接收喇叭天线的中心，保证其俯仰和方位上的一致性；
1b)在校正计算和验证单元界面设置目标速度5m/s，以及转台旋转速度1°/s，并将两组数据通过CAN总线分别传给雷达信号接收和转发分系统以及旋转控制单元的状态控制器；
1c)接收到指令后，多发多收阵列雷达和雷达信号接收和转发分系统开始工作，之后旋转控制单元的转台开始工作；
1d)多发多收雷达将预定选取的9个方位的每一个角度下的3*4个虚拟通道的快速傅里叶变换FFT后的复数平面做恒虚警检测和目标检测，将符合设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，杨晓飞，王宏达，许冰，
申请(专利权)人：镇江盛益系统科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32