[发明专利]一种基于外置标校源的分布式阵列系统同步方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于外置标校源的分布式阵列系统同步方法。本发明的提出一种基于外置标校源的分布式阵列系统同步方法，该方法采用在分布式阵列外放置一具有无线收发功能的标校源，首先利用激光或超宽带等高精度定位方法得到标校源位置，然后通过标校源发射同步信号到待同步的分布式阵列，根据标校源与子孔径的距离计算理论时延和相位偏差值，并在孔径端求解各通道信号到达时间和相位偏差，它与理论值的偏差就是系统同步误差，最后通过对目标接收信号进行时延补偿和相位共轭补偿就完成了系统同步。该方法计算简单快速，且具有较高的估计精度，一来可以用于各阵元的时间同步，二来可以有效校正系统的相位误差。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体是涉及一种基于外置标校源的分布式阵列系统同步方法。

技术背景

分布式阵列雷达采用多个空间分布的收发子孔径，可等效形成大的阵列孔径。通过对各阵元接收的信号进行相位调整，使之同相相加实现接收相参，可以有效提高接收信号增益。对于有N个阵元的分布式阵列，理论上来说，可实现N倍的信号处理增益。但实际情况中，各子孔径之间间距较远，各孔径的频率源和时钟源往往不同，且位置估计误差较大，各孔径时钟触发时刻不同，各通道的不一致性等都会引入相应的相位误差，导致分布式阵列的相位不同步，从而影响系统的相参合成效率。要想实现分布式阵列的相参，需要较高的时间和相位系统同步精度。

现有的系统同步方法主要分为有线同步方法和无线同步方法。有线同步方法主要使用电缆、光缆等介质作为载体，将时间同步和相位同步信号调至在电信号和光信号上进行传输，同步精度受介质和方法的影响很大，且成本较高，应用场合受限，无法应用在广域、动平台等分布式系统中；无线系统同步方法主要包括卫星同步方法(卫星双向传递法、GPS共视法等)、收发站双向内定标方法和基于强散射体的外定标方法。卫星同步方法，依赖卫星的传递，受电离层因素影响较大，稳定度不足，且卫星信号在战时容易受到干扰。收发站双向内定标方法同步精度较高，但是一次同步仅仅能够完成两站之间的同步，当分布式系统规模较大、节点较多的时候，该方法同步所有节点耗时较多，很满难足系统实时同步校准的需求。基于强散射体的外定标方法一次可以完成分布式阵列中所有节点的同步，时效性较好，然而该方法的同步精度受制于强散射体位置的定位精度，强散射体属于非合作目标，其位置估计精度较差，目标回波较弱，易受周围地杂波影响，系统同步稳定度和同步精度有限，无法完成高合成效率要求下的系统同步要求。

发明内容

为了解决分布式阵列阵元间时间和相位的不同步问题，并针对现有的系统误差校正技术存在的缺点和不足，本发明提出了一种基于外置标校源的分布式阵列系统同步方法。本技术无需依靠卫星信号，应用范围较广，属于自同步系统。如图2所示，本方法通过标校源发射参考信号，可以一次性完成所有分布式阵列节点的系统同步，时效性远优于收发站双向内定标方法，可应用于大规模分布式阵列。有别于基于强散射体的外定标方法，本系统采用的外置标校源属于合作目标，其自身位置可以通过多种手段(如激光、超宽带定位系统等)进行精确估计，可以满足系统高精度同步要求。此外本系统发射的参考信号，不受周围环境地杂波的影响，可以有效提高系统同步精度。除了系统架构不一样外，基于强散射体的外定标方法属于双程传播同步，而本技术属于单程传播，因此在同步技术细节上有本质区别。

本发明提供一种基于外置标校源的分布式阵列系统同步方法，在阵列外放置一标校源，利用标校源发射信号到天线阵列，然后通过分析阵列接收到的信号估计阵列系统误差，最后通过估计的系统误差进行时间和相位的校正来实现同步。

所述分布式阵列系统实现接收相参的过程实际上是进行相位调整使信号同相相加，在没有同步误差的理想情况下，各阵元的时间差Δτ和相位差φ只由目标到达各阵元的距离差决定：Δτ＝τ_i-τ₁，φ＝2πf(τ_i-τ₁)，其中τ_i＝r_i/c，其中r_i为目标达到第i个阵元的距离，阵元接收目标回波信号的相位为：-2πfτ_i。