[发明专利]多通道接收机实时校准装置及校准与误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更具体地，涉及一种多通道接收机实时校准装置及校准与误差补偿方法。

背景技术

由于合成孔径雷达(SAR)可全天时、全天候对地成像，并具有一定穿透植被和伪装的能力，因此被广泛的应用于军事侦察、灾害监控、资源勘察、地形测绘等领域，受到世界各国越来越多的重视。随着合成孔径雷达技术的不断发展和应用领域的不断扩大，对雷达性能的要求也越来越高，其中分辨率作为合成孔径雷达的核心技术指标之一，更被提升到更高的位置。

距离向分辨率的提高有赖于信号带宽的提高，要实现高分辨率成像，必须解决大带宽信号的接收问题，而带宽达千兆赫以上的信号目前还没有可直接进行采样的高速A/D转换器件。为了解决超宽带(UWB)雷达信号无法直接A/D转换这一难题，针对LFM信号，M.Skolnik等提出了基于时频变换技术(Stretch Processing)的雷达脉冲压缩方案。该方案对一定条件下的LFM信号非常有效，但是也有如下问题：(1)失真补偿困难：由于引入了时频转换这一环节，相应的带来了时频转换失真，当目标移动或者调频本振触发时刻发生变化时，这种失真的影响随之改变，表现出移变的性质，这就给系统补偿带来了极大的难度；(2)测绘带宽有限：为了降低信号带宽，去斜处理是以牺牲测绘带宽为代价的，也就是说如果要求测绘带宽较宽，去斜处理后并不能达到降低信号带宽的目的。尤其是后一项问题，严重限制了该方案的使用范围。

现有技术条件下，为提高SAR系统的距离分辨率，多通道合成是当前采用的主要技术手段之一。该方案基于信道化接收技术，采用频域分割方法把雷达回波信号划分为多个接收子带，每个子带上用相对低速的A/D进行采样，最后在数字域进行频带综合，得到全带宽信号。

这种方法之所以成为宽带信号处理的主流技术，是因为它可以有效降低高速A/D器件的技术要求，大幅降低单路A/D设计及后续数据记录、成像处理的压力，使得目前大带宽下大测绘带成像成为可能。但是这种方法需要重点解决两个问题，一是多路A/D的同步问题，另外一个问题是多通道的幅相畸变问题。

首先多路A/D的同步问题，也就是数据采集单元的通道间延时，当同一信号同相加载到不同采集通道后，多组采集数序列第一点在信号波形上反映出的时间差是否为零。它是一项非常重要的基本指标，在对时序、相位等要求特别严格的SAR波形采集和记录过程中，数据采集系统的通道间延迟时间差是必须精确知道的一项指标，雷达后续的幅相误差补偿和成像处理均建立在各通道完全同步的基础之上。

另外一个问题是通道间幅相畸变问题。由于模拟器件的不稳定性和不一致性，他们的幅相差别不仅随频率发生改变，还经常随时间做慢变化。子带信号直接多通道合成不但无法提高距离分辨率，还会使成像质量严重恶化。SAR的接收通道误差包含了幅度误差、相位误差两部分，具体表达式为式中H_n(w)是第n通道总的幅相误差函数，A_n(w)表示幅度误差，表示相位误差，w代表频率。上述误差会对成像结果产生不利影响，导致距离向脉冲压缩冲击响应的主瓣展宽、副瓣抬升，分辨率和图像质量降低。

通道间同步误差和幅相误差的估计与补偿，成为多通道SAR系统设计与信号处理的关键技术。

现有技术中尚没有一体化的同步误差和幅相误差的校准装置，都是针对单一项误差做出的补偿。针对通道间的同步误差，现有技术往往在数字域进行解决，或者对采样时钟和触发信号进行处理，结合锁相环路并通过电路优化设计等手段，实现多路A/D的同步；针对通道间的幅相误差，现在通常做法是采用雷达闭环测试手段，一次性获取实验数据；或者，采用标准测量仪器如矢量网络分析仪，把通道间的幅相误差测量出来；再或者，基于回波数据直接进行误差提取。

针对通道间的同步误差，现有技术在A/D器件采样率较低情况下是适用的，一旦涉及高速A/D，如在SAR系统中接收通道中频采样率在1.5GHz以上，此时电路对时钟信号抖动非常敏感，每次上电或复位时ps级的误差即可能带来通道间的不同步，这种情况下上述方法很难保证多组数据的多个采集通道间延迟时间差基本为0或保持恒定状态，也就难以从根本上解决同步问题。

针对通道间的幅相误差，现在采用的三种方法的共同问题是实时性不足，都是针对数据记录已经完成后作出的处理，记录完成的数据中已经蕴含了许多不确定的幅相误差，经过补偿后残余误差成分仍然很大，不能针对模拟通道表现的时变性及温漂性做出准确的补偿，影响大带宽信号内大容量信息的提取和利用。

发明内容