[发明专利]一种用于雷达系统DBF功能检测的相位线性分析方法及系统

说明书

本发明涉及一种用于雷达系统DBF功能检测的相位线性分析方法及系统，该方法及系统通过对射频接收机的各路基带数字信号分割成若干数据段；将分割后的数据段转换为对应的复信号，估算出各数据段内复信号的相位序列；通过与参考通道的各数据段内相位序列进行比较，得出每一通道的各数据段内相对相位序列，并计算各数据段的相对相位序列的平均值；将每一通道中各数据段的相对相位平均值组成的序列进行线性度估算，求得各序列的曲线斜率，并通过对各通道的曲线斜率进行比较获得DBF功能检测结果。上述相位线性分析方法及系统通过对各通道相对相位线性度的分析，消除了各通道固有相位的影响，提高了DBF功能检测的精度，简化了雷达系统的电路结构。

技术领域

本发明涉及雷达遥感技术领域，具体涉及一种用于雷达系统DBF功能检测的相位线性分析方法及系统。

背景技术

DBF(Digital Beam Forming)即数字波束形成技术，其基本原理是将各天线阵列单元接收到的射频回波信号，经射频接收机变换成中频信号，再经高速数字采集变换成数字信号，然后在数字信号处理单元中进行幅度相位加权处理，形成所需要的接收波束。DBF技术具有扫描快速灵活，分辨率高，抗干扰和杂波性能优良等优点。将DBF技术应用于卫星雷达上，利用阵列天线的空间分集效果可以在地球表面实现多波束覆盖。相较于传统模拟技术实现的有源相控阵，DBF技术在系统精度、灵活性、稳定度等方面具有明显优势，在卫星雷达系统应用中受到日益关注。DBF技术原理如图1所示。

雷达系统天线由N个天线阵元组成，对于某一方向(α角度)的入射信号，通过对由于接收天线空间位置不同引起的传播路程差(n·Δd，n＝1，2...N)而导致的相位差进行补偿，再对补偿后的复信号进行同向叠加，实现该方向的波束形成，最终获得该方向的最大能量接收。D B F基本数学关系式如下：

(1)式中，N为接收通道数，C_n为第n个接收通道的实信号经正交下变频和幅相校正后获得的复信号；W_βn为β方向的加权系数，可进一步写为：

(2)式中，d为天线阵元间隔；λ为信号波长；β为合成波束指向角。

复信号C_n可进一步写为：

(3)式中，A_n为第n个复信号的幅度；f为信号频率；θ_n为第n个复信号的初始相位。θ_n可进一步写为：

(4)式中，为第n个接收通道的固有相位，也即该路接收信号的固有延时，取决于每个接收通道的硬件电路特性。将(4)式代入(3)式，进一步得到复信号C_n的表达式：

由上述关系式可见，由各阵元位置不同引入的信号路径相位可通过与加权系数W_βn相乘得以消除，当β＝α时可实现在α方向上合成最大信号能量。

根据上述关系式，为了测试一部雷达系统的接收DBF性能，需要消除各接收通道由于元器件特性不一致而导致的固有相位的影响。现有技术中通常采用接收通道内校准或全系统外校准的方式。

内校准方式即从雷达各接收通道前端注入内校准信号，经后端信号处理后获得每个接收通道的固有相位。内校准方式需要增加内校准信号源，一方面增加了系统复杂度，同时由于内校准信号未经过天线单元，导致获得的通道相位中未包含天线单元引入的相位偏差，从而使校准精度降低。

外校准方式通常将雷达系统作为一个整体，利用旋转电场矢量法进行接收通道固有相位校正。这种校准方法操作复杂，对测量设备要求精度很高，而且需要逐个测量所有阵元，校正时间较长。

发明内容