X波段頻率步進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正

張煒

摘要：X波段雷達(dá)已越來越多的在機(jī)場場面監(jiān)視領(lǐng)域得到應(yīng)用。X波段雷達(dá)較紅外、光學(xué)、KU波段雷達(dá)等探測手段受天氣環(huán)境等外界因素影響較小，可以實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行探測。目前我國各大機(jī)場都部署了SCANTER5000系列X場面監(jiān)視雷達(dá)。本文將對(duì)X波段頻率步進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)誤差的校正方法進(jìn)行分析，并提出一種可能應(yīng)用于機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)的系統(tǒng)誤差校正方法。

關(guān)鍵詞：民航;場面監(jiān)視;頻率步進(jìn);系統(tǒng)誤差

中圖分類號(hào)：TN957.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0112-02

1 系統(tǒng)誤差校正原理

雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正可以分成時(shí)域校準(zhǔn)法和頻域校正法兩種方法。文獻(xiàn)[1，2]提出了從單個(gè)點(diǎn)頻測試信號(hào)推導(dǎo)的系數(shù)來校正正交解調(diào)I、Q兩路信號(hào)幅相誤差，該方法屬于時(shí)域校正法，一般適用于解決正交解調(diào)幅相不一致性，而無法校正由于系統(tǒng)其它部分帶來的誤差。頻域法通過發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)測得系統(tǒng)的傳函，并計(jì)算出校正傳函，再利用校正傳遞函數(shù)對(duì)含有畸變特性的信號(hào)進(jìn)行處理，從而獲得理論上沒有畸變的信號(hào)。包含在接收端進(jìn)行的均衡和在發(fā)射端進(jìn)行的預(yù)畸兩種方法，后者會(huì)導(dǎo)致硬件實(shí)現(xiàn)的難度增大而前者可以使用軟件實(shí)現(xiàn)。本文討論的重點(diǎn)是使用均衡法進(jìn)行畸變校正。

回波幅度為σ0的靜止點(diǎn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的基帶回波表達(dá)式如下：

2 系統(tǒng)誤差校正效果驗(yàn)證

基于X波段頻率步進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)建自閉換系統(tǒng)，模擬理想點(diǎn)目標(biāo)回波，獲得自閉換數(shù)據(jù)，用于驗(yàn)證上小節(jié)所述系統(tǒng)幅/相誤差校正原理。模擬的理想點(diǎn)目標(biāo)回波經(jīng)采集器得到原始回波脈壓后幅度特性和相位特性以及利用頻域拼接法合成一維高分辨距離像如圖1～圖2所示。圖1左圖為一幀回波脈壓峰值幅度誤差曲線，誤差為5dB。右圖為一幀回波脈壓峰值相位曲線及擬合曲線。圖2左圖為加窗前高分辨像，右圖為加窗后高分辨像，主副瓣比為20dB。

2.1 只校正幅度畸變

對(duì)回波信號(hào)采集脈壓后，只進(jìn)行幅度畸變校正，不進(jìn)行相位畸變校正，分別觀察脈壓幅度和相位曲線和利用頻域拼接法合成一維高分辨距離像如圖3～圖4所示。

當(dāng)僅對(duì)幅度畸變進(jìn)行補(bǔ)償而不校正相位畸變時(shí)，信號(hào)主副瓣比幾乎保持不變，信號(hào)的幅度相比于未校正時(shí)相差較小。

2.2 只校正相位畸變

對(duì)回波信號(hào)采集脈壓后，只進(jìn)行相位畸變校正，不進(jìn)行幅度畸變校正，觀察脈壓幅度和相位曲線和利用頻域拼接法合成一維高分辨距離像。當(dāng)僅對(duì)相位畸變進(jìn)行補(bǔ)償而不校正幅度畸變時(shí)，加窗后信號(hào)主瓣幅值降低4dB左右，主副瓣比增加18dB左右，主瓣寬度變窄約一半。

2.3 同時(shí)校正幅/相畸變

對(duì)回波信號(hào)采集脈壓后，同時(shí)進(jìn)行相位畸變校正和幅度畸變校正，幅度和相位特性及合成高分辨像。通過分別對(duì)幅度畸變校正和相位畸變校正，對(duì)成像的影響較大的是相位畸變，相位的非線性使得信號(hào)主瓣變寬，主副瓣比降低。通過對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行校正，可以使信號(hào)主瓣變窄，約為1/3，并且校正后解決了主瓣分裂現(xiàn)象。主副瓣比增大近2dB至13.4，加窗后主副瓣比提高了24dB，提高信號(hào)的可檢測性。

3 結(jié)語

通過本節(jié)計(jì)算機(jī)仿真以及實(shí)際系統(tǒng)誤差分析，可以看出硬件系統(tǒng)存在的非線性會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)回波幅度和相位發(fā)生畸變，幅度畸變只會(huì)影響目標(biāo)高分辨的幅值，而相位畸變則不僅會(huì)導(dǎo)致幅值降低還會(huì)導(dǎo)致高分辨像主副瓣比降低，旁瓣增多等，從而影響高分辨成像效果。實(shí)際工程中必須對(duì)系統(tǒng)存在的相幅誤差進(jìn)行提取并依據(jù)本文所提校正方法進(jìn)行校正。

參考文獻(xiàn)

[1] 李磊.頻率步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)處理理論及實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京理工大學(xué)，2010.

[2] Churchill F E. The Correction of I and Q Errors in a Coherent Processor. IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems[C].1981，17：131-136.