[发明专利]雷达接收机幅相一致性校正系统

说明书

本发明公开的一种雷达接收机幅相一致性校正系统，旨在提供一种不需要远场辐射源，幅相校正可信度更高，并且误差更小的校正系统。本发明通过下述技术方案予以实现：当雷达处于校正模式时，信号路由子系统将生成的校正信号发送给模拟接收通道子系统，对校正信号进行下变频，把中频模拟信号转化为中频数字信号；数字信号处理子系统分别为每路雷达接收机接收通道的中频数字信号，产生一路数字控制振荡器NCO，NCO输出的正弦信号和余弦信号分别和中频数字信号相乘，得到同相分量和正交分量，然后设定NCO的下一组频率值、相位值，重复上述过程，直到NCO的相位变化一个周期，完成接收通道的幅相一致性校正。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及雷达接收机幅相一致性校正系统。

背景技术

现代雷达系统为了获得良好的性能，在强杂波环境中检测目标，通常将接收到的射频回波信号下变频到中频，再经正交解调器分解为基带信号。但是由于电路的不对称、各支路所选器件的不完善，以及雷达工作频率和环境温度的变化导致各通道的幅相特性不一致，从而增大系统测量误差。其次，雷达长时间工作后，由于接收机低噪声放大器等电子元器件老化或故障等原因，也会导致接收机增益发生变化，进一步恶化接收通道间的幅度差异，导致雷达的接收通道特性偏离理论设计值，降低雷达系统的性能，如抬升副瓣电平、降低主瓣增益等。此外，组成雷达的各种部件存在着各种误差，各种存在误差往往导致雷达的接收通道特性偏离理论设计值，使得雷达系统的性能下降，如副瓣电平抬升、波束指向偏离、主瓣增益下降等。

在常见应用场景中，如图3所示的雷达系统接收机是由多路前端接收通道、多个模数转换器(ADC)、数字信号处理单元以及上位机控制器组成。雷达系统对所有接收通道获得的信号进行数字域加权处理，以获得特定空间方位的回波信息。系统性能取决于所有接收通道的电性能一致性。但是接收通道由各种有源电子器件和无源器件组成，尤其是前端接收通道，处理的信号为模拟射频信号，器件性能容易随着温度的波动而波动，或者随着工作时间的累积，器件性能出现退化，从而导致不同的接收通道之间产生完全不一致的幅度和相位差异，严重恶化雷达系统的整机性能。而接收通道上的有源器件电特性随时间变化而逐渐恶化，是雷达系统最重要的幅相误差来源，也是本发明需要测量并进行校正补偿的变量；因此需要对接收通道进行幅相一致性校正，保持接收通道的电性能一致。

雷达接收机接收通道的校正精度影响着阵列的信号处理性能，校正是保证接收波束形成性能的重要环节。因此在雷达的使用过程中，需要使用者定时检查接收通道的幅相一致性，并在发现问题时及时进行维护。为了保证雷达的性能能够达到设计要求，也必须对雷达的接收通道的幅度和相位做精确的测量和校正。

雷达接收通道的校正通常采用出厂校正和远场校正两种。出厂校正通常在微波暗室中利用近场测量来实现。由于雷达系统的复杂性，分布着许多有源电子器件。雷达系统的误差除了机械结构的不对称性、器件制造公差、模块安装公差等这些固定误差外，还包括阵面不平整、温度变形、组件失效等误差。在微波暗室进行的出厂校正一般只能消除固定误差。但是当雷达系统安装在使用场所后，随着环境的变化以及使用时间的推移，有源电子器件的性能会逐渐变化，从而导致不同接收通道之间存在幅度和相位差异，恶化雷达使用性能。

在雷达装备到现场之后，为了改善雷达的使用性能，通常需要进行远场校正。远场校正技术是利用放置在雷达外部的辐射器，通常位于远场的飞行器上。辐射器用来完成雷达接收通道的幅相一致性校正。此时由辐射器发射校正信号，雷达切换到校正模式，并将接收到的校正信号和出厂测试得到的预存信号进行比对，之后修正校正常数，使它的校正结果尽可能的接近初始的出厂校正结果。在外场校正时，虽然测试距离可能满足要求，但其他条件限制了外场幅相校正的可行性：1外场环境信号复杂，各种信号反射叠加相互干扰现象严重，影响校正精度；2天线转台转动时的精度及外场环境(比如风、雨等)对天线阵的晃动影响。然而，无论是出厂校正还是现场远场校正，都需要非常昂贵的外部校正设备，包括专门设计的微波暗室、专为远场校正改装的飞行器、远场校正辐射源等。而且对这些设备本身的精度提出了非常高的要求，大大提高了雷达整机系统的成本。

发明内容