基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法，属于昆虫雷达技术领域，解决了非理想因素导致的不同极化通道间幅度和相位存在误差的问题，提高了昆虫雷达系统的极化测量精度，提高了昆虫迁飞态势测量的准确性。技术方案为：建立宽带全极化雷达系统极化测量误差模型和射频链路内部闭环校准网络的数学模型；在模型的基础上，设计雷达分时工作流程，使雷达在三种工作模式下交替工作。在主通道工作模式下对目标的瞬时PSM进行测量；在发射通道校准工作模式下，对发射通道测量误差进行校准；在接收通道校准工作模式下，对接收通道测量误差进行校准。收通道测量误差进行校准。收通道测量误差进行校准。

【技术实现步骤摘要】
基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法


[0001]本专利技术涉及昆虫雷达
，具体涉及一种基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法。

技术介绍

[0002]昆虫在迁徙过程中经常出现近距离结伴飞行，为了提高昆虫雷达对昆虫个体的测量能力，需要采用宽带雷达以实现高距离分辨率。对昆虫目标的定向角度估计，则需要昆虫目标的全极化信息。为了测量昆虫的瞬时全极化信息，需要采用全极化测量体制。
[0003]极化测量精度对极化通道间的幅相一致性敏感。然而在宽带全极化雷达系统中，射频链路内部存在有源网络幅度、相位响应时变、频变等问题，会降低极化测量精度。因此，保证极化通道间幅相的一致性，是宽带全极化雷达系统设计的关键要点。
[0004]现有技术通常采用闭环校准网络实现校准。传统的窄带校准模型是在慢时间维获取距离像后，选取距离像峰值产生一组校准系数，并以此实现窄带系统的幅相校准。然而，在宽带系统中，链路的频率响应函数和相位群延迟具有不确定性，难以使用一组校准系数来实现宽带系统的校准。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法。通过动态对雷达射频链路频域响应进行幅相校准，解决非理想因素导致的不同极化通道间幅度和相位存在误差的问题，提高雷达系统的极化测量精度，最终实现更准确的昆虫迁飞态势测量。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0007]步骤一，建立宽带全极化雷达系统极化测量误差模型；
[0008]步骤二，基于步骤一中建立的宽带全极化雷达系统极化测量误差模型，建立射频链路内部闭环校准网络的数学模型；
[0009]步骤三，设计分时工作流程，使雷达系统在三种工作模式下交替执行工作；
[0010]步骤四，设计主通道工作模式，对目标瞬时PSM进行测量；
[0011]步骤五，设计发射通道校准工作模式，获取发射通道的测量误差；
[0012]步骤六，设计接收通道校准工作模式，获取接收通道的测量误差；
[0013]步骤七，基于动态校准原理，定时将链路幅相增益系数校准至参考状态。
[0014]进一步而言，步骤一具体为：
[0015]首先建立宽带全极化雷达系统极化测量误差模型。
[0016]在一个检测周期内，雷达对昆虫目标进行瞬时极化测量的误差模型为：
[0017]V
r
(t)＝I*R(t)*C*S*C*T(t)*V
t
(t)
[0018]其中，V
r
(t)表示接收信号函数矩阵，V
t
(t)表示发射信号函数矩阵，R(t)表示有源接收链路增益函数矩阵，C为天线极化泄露矩阵，C可通过PCTAR极化定标方法获取，S为被测
目标的PSM，T(t)表示有源发射链路增益函数矩阵，I表示基带信号泄漏矩阵。在该模型中，V
r
(t)和V
t
(t)分别代表发射和接收信号时域表达，并在雷达运行过程中为确定值。矩阵之间的“*”运算表示函数之间的卷积，定义如下：
[0019][0020]进一步地，步骤二中，基于宽带全极化雷达系统极化测量误差模型建立射频链路内部闭环校准网络的数学模型；具体为：
[0021]闭环校准网络的数学模型可以表示为：
[0022]V
r
(t)＝R(t)*P(t)*T(t)*V
t
(t)
[0023]P(t)表示无源链路的幅相响应差异函数矩阵。定义射频模块增益函数矩阵为N(t)：
[0024][0025]上式中，N(t)的构成元素N
ij
(t)表示不同的链路增益函数。其中i表示接收极化通道名称，j表示信号来源极化通道名称，i和j取值为H或V。发射误差矩阵和接收误差矩阵的元素都以系统响应函数的形式表达。通过消除回波信号随着闭环链路延迟的变化而造成的相位影响，可以得到的目标回波信息，表达式为：
[0026][0027]进一步地，步骤三中，设计一个分时工作流程，使雷达系统在主通道工作模式、发射通道校准模式和接收通道校准模式下交替执行工作。这三种模式在时间上以帧周期T
d
进行分配，并以顺序循环的方式进行切换。在主通道工作模式下，可认为在该时间段内(10分钟)系统有源链路的幅相响应变化较小。在校准模式(发射通道校准模式、接收通道校准模式)下，雷达系统可以在4
×
T
d
时间内完成宽带频域的自适应校准，以保证系统在主通道工作模式下的测量精度稳定性。
[0028]进一步地，步骤四中，设计雷达系统的主通道工作模式，在此模式下，雷达系统对目标的瞬时PSM进行测量。
[0029]进一步地，步骤五中，设计发射通道校准模式，通过H路发射校准和V路发射校准获取发射通道的测量误差。
[0030]H路发射校准时，雷达只发射H路信号，此时V
t
(f)＝[V
t
‑
H
(f) 0]T
，射频模块增益函数矩阵可写为：
[0031][0032]该模式下由于共用接收校准通路，且通道增益函数为R
C
(f)，可以通过化简得到该模式下系统闭环链路的增益函数矩阵：
[0033][0034]V路发射校准时，雷达只发射V路信号，此时V
t
(f)＝[0 V
t
‑
V
(f)]T
，射频模块增益函数矩阵可写为：
[0035][0036]该模式下由于共用接收校准通路，且通路增益函数为R
C
(f)，可以通过化简得到该模式下系统闭环链路的增益函数矩阵为：
[0037][0038]结合H路发射通道校准时的系统闭环链路增益函数矩阵和V路发射通道校准时的系统闭环链路增益函数矩阵，可以得到发射校准链路增益频域函数矩阵为N
T
(f)：
[0039][0040]进一步地，步骤六中，设计接收通道校准模式，通过H路接收校准和V路接收校准获取接收通道的测量误差。
[0041]H路接收校准时，雷达系统只发射H路信号，此时V
t
(f)＝[V
t
‑
H
(f) 0]T
，射频模块增益函数矩阵可写为：
[0042][0043]该模式下由于共用发射校准通路，且通道增益函数为T
C
(f)，可以通过化简得到该模式下系统闭环链路的增益函数矩阵为：
[0044][0045]V路发射校准时，雷达系统只发射V路信号，此时V
t
(f)＝[0 V
t
‑
V
(f)]T
，射频模块增益函数矩阵可写为：
[0046][0047]该模式下由于共用发射校准通路，且通道增益函数为T
C
(f)，可以通过化简得到该模式下系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立宽带全极化雷达系统极化测量误差模型；步骤二，基于步骤一中建立的宽带全极化雷达系统极化测量误差模型，建立射频链路内部闭环校准网络的数学模型；步骤三，设计分时工作流程，使雷达系统在三种工作模式下交替执行工作；步骤四，设计主通道工作模式，对目标瞬时PSM进行测量；步骤五，设计发射通道校准工作模式，获取发射通道的测量误差；步骤六，设计接收通道校准工作模式，获取接收通道的测量误差；步骤七，基于动态校准原理，定时将链路幅相增益系数校准至参考状态。2.如权利要求1所述的基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法，其特征在于所述步骤一中，在一个检测周期内，雷达对昆虫目标进行瞬时极化测量的误差模型为：V
r
(t)＝I*R(t)*C*S*C*T(t)*V
t
(t)其中，V
r
(t)表示接收信号函数矩阵，V
t
(t)表示发射信号函数矩阵，R(t)表示有源接收链路增益函数矩阵，C为天线极化泄露矩阵，C可通过PCTAR极化定标方法获取，S为被测目标的PSM，T(t)表示有源发射链路增益函数矩阵，I表示基带信号泄漏矩阵；在该模型中，V
r
(t)和V
t
(t)分别代表发射和接收信号时域表达，并在雷达运行过程中为确定值；矩阵之间的“*”运算表示函数之间的卷积，定义如下：3.如权利要求1所述的基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法，其特征在于所述步骤二中，闭环校准网络的数学模型表示为：V
r
(t)＝R(t)*P(t)*T(t)*V
t
(t)P(t)表示无源链路的幅相响应差异函数矩阵；定义射频模块增益函数矩阵为N(t)：其中，N(t)的构成元素N
ij
(t)表示不同的链路增益函数，i表示接收极化通道名称，j表示信号来源极化通道名称，i和j取值为H或V；发射误差矩阵和接收误差矩阵的元素都以系统响应函数的形式表达；通过消除回波信号随着闭环链路延迟的变化而造成的相位影响，可以得到的目标回波信息，表达式为：4.如权利要求1所述的基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法，其特征在于所述步骤三中，设计分时工作流程使雷达系统在主通道工作模式、发射通道校准模式和接收通道校准模式下交替执行工作；这三种模式在时间上以帧周期T
d
进行分配，并以顺序循环
的方式进行切换；在主通道工作模式下，可认为在该时间段内(10分钟)系统有源链路的幅相响应变化较小；在校准模式(发射通道校准模式、接收通道校准模式)下，雷达系统可以在4
×
T
d
时间内完成宽带频域的自适应校准，以保证系统在主通道工作模式下的测量精度稳定性。5.如权利要求1所述的基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法，其特征在于，所述步骤四中，在主通道工作模式下对目标瞬时PSM进行测量。6.如权利要求1所述的基于频域修正的宽带全极化动态幅相校准方法，其特征在于所述步骤五中，H路发射校准时，雷达只发射H路信号，此时V
t
(f)＝[V
t
‑
H
(f) 0]
T
，射频模块增益函数矩阵为：该模式下由于共用接收校准通路，且通道增益函数为R
C
(f)，可以通过化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨紫陌，段云轩，
申请(专利权)人：北京理工大学前沿技术研究院，
类型：发明
国别省市：