基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法技术

本发明专利技术公开了基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，属于雷达与测控技术领域。该方法包括以下步骤：首先对雷达发射信号进行相位调制，根据载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化进行调制，调制完成后形成高维虚拟通道，虚拟通道代表传输信号的通道，通道数量为接收天线数量与发射天线数量的乘积，再对探测区域内的点目标标定物做探测；其次，多个虚拟通道形成高维虚拟阵列，高维虚拟阵列就是基于通道产生的用于存储数据的数组，使用高维虚拟阵列中的数据针对金属标定物做高分辨成像；最后，以点目标相参积累增益最大化和成像分辨率最小化为准则，通过弥补天线位置及馈线间时延的方式，实现优化补偿未知通道时延。通道时延。通道时延。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法


[0001]本专利技术涉及雷达与测控
，具体为基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法。

技术介绍

[0002]分布式相参雷达，面临分布式通道校准问题。现有通道校准方法假定通道间误差体现为相对幅度和相位两个方面，重点对通道间相位误差进行校准。通道间的相位差本质上来源于通道间天线位置和馈线引起的时延差，对于高频率的毫米波或太赫兹雷达，该时延差不能简单的当成相位差。且对于现在新出现的关联成像方法，需要知道各通道馈线引起的真实时延，现有通道间相位校准技术无法满足通道时延量测量的需求。
[0003]当设备探测远距离目标时，天线发射雷达波束间存在的误差可由相位差来弥补，通过补相位得到雷达信号，即每个天线的信号可看作一个余弦函数，再将它们求和；但是当目标距离天线很近时，那么通过补相位来解决时延误差的方式不能满足实际需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法：该方法包括以下步骤：
[0006]S1、对发射信号进行相位调制形成高维虚拟通道；
[0007]S2、对探测区域内的点目标标定物做探测；
[0008]S3、多个虚拟通道形成高维虚拟阵列；
[0009]S4、对金属标定物做高分辨成像；
[0010]S5、优化补偿未知通道时延。
[0011]在S1中，信号在发射之前需要进行信号调制，信号调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号，一般分为调幅(AM),调频(FM),和调相(PM)；所述相位调制是指信号调制中的调相(PM)，是指载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式；假定要发送的信号是m(t)，信号调制的载波为:
[0012]a(t)＝F
c sin(w
c
t+Φ)
[0013]c
[0014]所以可以得出经过调制的信号为：
[0015]b(t)＝F
c sin(w
c
t+m(t)+Φ)
[0016]c
[0017]公式中，a(t)为载波(时间)，F
c
为载波幅度，w
c
为载波频率，t为时间，Φ为相移，m(t)
[0018]c
[0019]为调制信号；
[0020]这说明了m(t)如何调制相位，在某一时间点的m(t)越大，该点调制信号的频移越大；它也可以看成是改变了载波信号的频率，于是当频率调制表示为相位调制对时间求导时，相位调制就可以认为是频率调制的一种特殊情形；对于幅度小的信号，调相(PM)与调幅(AM)类似，并且基带带宽会加倍且效率也不高；对于单一正弦大信号，调相(PM)与调频(FM)类似，调相的同时有调频伴随发生；调频的同时有调相伴随发生，不过两者的变化规律不同；它的带宽约为：2(h+1)FM，其中h是调制指数，同其他调制指数一样，这个量表示调制变量在未调制水平附近变化的范围；它涉及到载波信号的相位变化:h＝Δθ，其中Δθ是峰值相位偏差，与频率调制中的调制指数形成对比；
[0021]所述高维虚拟通道代表传输信号的通道，通道连接每个发射天线与接收天线，通道数量为接收天线数量与发射天线数量的乘积，通过增加虚拟通道，能够大幅提升分辨率以及目标检测的置信度和检测范围(如距离和FOV)，同时进化出激光雷达一样的高密度点云，可带来丰富的感知增强应用；通道数量相当于是对空间进行采样的采样点数，即如果天线通道数越多，那就说明对空间的分辨力越高；合成孔径的目的就是为了让”空间采样点数“越多，从而能够提高分辨力；
[0022]通过上述技术方案，对发射信号的进行信号调制，形成信号通道；通过信号通道实现信号的传输，为后续对目标标定物的探测打下基础。
[0023]在S2中，对探测区域内的点目标标定物做探测，需要使用发射机组件发射雷达辐射信号，再根据目标位置的回波强弱判断是否探测成功；采用脉冲延迟测距法来判断目标所在位置，此方法充分利用电磁波沿直线传播的特点，原理也非常简单，将目标置于雷达正前方，通过测量各个脉冲到目标的往返时间t与雷达电磁波的速度c来确定距离，探测距离公式如下：
[0024]R＝ct/2
[0025]其中R代表目标所在距离，c代表雷达电磁波的速度，t代表雷达从发射到接收到回波的时间；
[0026]针对探测距离与目标实际距离进行对比判断，计算出精准度，计算公式如下：
[0027][0028]其中AOM为精准度，R为探测距离，S为实际距离，探测距离越接近实际距离，精准度越高；
[0029]雷达采用数字信号处理，接收机的回波输出的幅度被距离波门周期性采样，采样值的幅度被转换成数字，暂存到称作“距离仓(range bin)”的电子存储器中，每个距离增量都会有一个“距离仓”；工作过程应该也是在脉冲发射后，距离波门开始按某一时间间隔进行周期采样，每次采样的值都经过模数转换存储到距离仓里面，在接收到目标信号回波后，回波信号采样值会在某个距离仓中出现，因此可以计算出相应的距离；由于IQ鉴相的存在，实际上各个距离仓中会存储两组数字分别对应I路和Q路信号；距离波门的采样间隔必须进行折衷的选择，尽管采样间隔大对应的系统设计起来会简单，但是选择过大的话，例如超过发射脉冲的脉宽，信号就有可能落在两个采样点之间，造成丢失，因此通常采用比脉宽小很
多的间隔来进行采样，其中，采样过程中可能出现的问题如下：
[0030]1.距离模糊：对于脉冲延迟测距而言，倘若目标实际往返时间超过脉冲重复周期，那么该目标的脉冲回波必然会在下一个脉冲发射后才会被接收到，这样会导致目标往返时间被误判为是下一个脉冲发射到回波接收之间的时间，也就是导致距离上的模糊；解决方法：将目标置于单程回波能接收到的最远距离R
u
内，或者想办法消除R
u
外的回波就可以解决测距模糊的问题；通过PRF抖动(参差PRF)可以达到这一目的，PRF的变化会引起R
u
的变化，而R
u
的变化会引起最大不模糊距离外的目标的视在距离发生变化，而R
u
内的目标距离不会变化；根据这一区别，选用两个不同的PRF，任何大于R
u
的目标可被识别排斥；
[0031]2.虚影:存在两个目标在相同方位角和俯仰角，且距离变化率很接近，依靠多普勒频率也无法分辨时，切换PRF，一个或两个目标移动到不同的距离仓，将无法分辨哪个目标移动到哪个距离仓，因此将有两个可能的距离，其中一个是真实距离，另一个就是所谓的虚影；解决方法：通常通过增加PRF个数来解决虚影问题，相比于距离模糊PRF的个数选择，解决虚影的PRF个数比较好理解；要消除两个以上同时被测目标的所有可能的虚影，就必须对每一个目标提供额外的PRF；假设增加一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，其特征在于，该通道自校准方法包括以下步骤：S1、对发射信号进行相位调制形成高维虚拟通道；S2、对探测区域内的点目标标定物做探测；S3、多个虚拟通道形成高维虚拟阵列；S4、对金属标定物做高分辨成像；S5、优化补偿未知通道时延。2.根据权利要求1所述的基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，其特征在于：在S1中，所述相位调制是载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为调相；调相和调频有密切的关系，调相时，同时有调频伴随发生；调频时，也同时有调相伴随发生。3.根据权利要求1所述的基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，其特征在于：在S1中，所述高维虚拟通道是指传输信号的通道，通道两端连接着发射天线与接收天线，其数量为接收天线数量与发射天线数量的乘积。4.根据权利要求1所述的基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，其特征在于：在S2中，对探测区域内的点目标标定物做探测需要将目标置于雷达正前方，使用发射机组件发射雷达辐射信号，采用脉冲延迟测距法来判断目标所在位置，根据目标位置的回波强弱判断是否探测成功，再根据探测距离与目标实际距离判断精准度。5.根据权利要求1所述的基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，其特征在于：在S3中，所述高维虚拟阵列就是基于多个通道产生的用于存储数据的数组，目的是通过虚拟平移构建1个满秩的接收数据协方差矩阵，使得期望信号的信息保存在信号子空间中，得到正确的估计结果。6.根据权利要求1所述的基于虚拟孔径的分布式通道自校准方法，其特征在于：在S4中，对金属标定物做高分辨成像算法步骤如下：S401、距离向压缩：以最近距离为参考点进行距离向压缩；S402、划分网格：将成像区域划分成网格，并获取所有网格点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁景原，胡文，刘阳，
申请(专利权)人：江苏云禾峰智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：