[发明专利]一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置

权利要求书

1.一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、雷达正常采集海洋回波数据，得到S(nT,mT_s,r)，其中T为相干积累时间，n＝0,…,N-1为时间帧序号，T_s为帧内采样周期，m＝0,…,M-1为帧内采样序号，r为距离元序号；

步骤2、在雷达站或其附近安装一个或多个风向标，记录实时平均风向其中t为时间；

步骤3、对时间为nT的每帧雷达数据，在若干个距离小于一定阈值的距离元上，距离元r＝N_r1,…,N_r2，选择参考天线并计算该天线上功率谱P(nT,f,r)，其中f为多普勒频率；划分一阶布拉格谱区，搜索正侧和负侧一阶谱极大值，取其大者，其对应频率记为f_max(n,r)；

步骤4、计算步骤3中各帧回波数据在各天线通道上滑窗截取序列的傅里叶变换，得到Y(nT,f,r,k,q)，其中k＝0,…,K-1是滑窗序号，q＝1,…,Q是天线通道序号；得到最大值阵列快拍序列Y(nT,f_max(n,r),r,k,q)；

步骤5、确定通道校正值搜索区间和步长，对各组候选通道校正值g(q,l)，其中q＝0,…,Q-1,l＝0,…,L-1，分别得到通道校正后快拍Z(nT,f_max(n,r),r,k,q)＝Y(nT,f_max(n,r),r,k,q)/g(q,l)；

步骤6、利用空间谱估计算法计算对应于最大谱峰的到达角β(nT,r,l)；当频率f_max(n,r)为正时风向估计为β_w(nT,r,l)＝β(nT,r,l)，当频率f_max(n,r)为负时风向估计则为β_w(nT,r,l)＝β(nT,r,l)+π；对各距离元得到的风向估计进行平均得到θ_w(nT,l)，风向估计误差为

步骤7、由所有时间的风向估计计算总体风向估计均方根误差；

步骤8、搜索最小总体风向估计均方根误差，其序号l_min对应的校正值g(q,l_min)即为所求的最优校正值；

步骤3中计算天线上功率谱P(nT,f,r)的公式为：

其中，M_s是滑窗长度，M_sM，w(m)是窗函数，m＝0,…,M_s-1，d是相邻滑窗截取的间隔点数，K是滑窗截取的总段数；利用此式将原时间序列S(nT,mT_s,r)，m＝0,…,M_s-1依次间隔d个点滑动截取出长度为M_s的子序列，计算各段子序列的加窗傅里叶变换的模平方，再进行平均得到最终的功率谱估计；

步骤4中各帧回波数据在各天线通道上滑窗截取序列的傅里叶变换，得到Y(nT,f,r,k,q)的计算公式为：

利用此式将原时间序列S(nT,mT_s,r)依次间隔d个点滑动截取出长度为M_s的子序列，计算各段子序列的傅里叶变换；

步骤5中对各组候选通道校正值，分别计算得到通道校正后快拍Z(nT,f_max(n,r),r,k,q)，公式为：

即利用此式对第q个通道进行幅度不一致因子补偿校正。

2.根据权利要求1所述的高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法，其特征在于，步骤6中利用空间谱估计算法计算对应于最大谱峰的到达角β(nT,r,l)的公式为：

其中，a(θ)是天线导引向量，u是阵列快拍Z(nT,f_max(n,r),r,k,q)的奇异值分解式中最大奇异值对应的左向量，这里假设信号只有一个到达角；利用此式计算得到单到达角条件下多重信号分类法空间谱估计；此空间谱的最大值位置即为信号方位估计。