[发明专利]一种分布式阵列相参合成雷达发射相参参数校准方法

说明书

技术领域

本发明属于分布式阵列相参合成雷达技术领域，具体涉及一种分布式阵列相参合成雷达发射相参参数校准方法。

背景技术

2006年，美国林肯实验室的S.Coutts等人在文献(S.Coutts,“Distributed Coherent Aperture Measurements for Next Generation BMD Radar”,IEEE Workshop on Sensor Array and Multichannel Signal Processing)提出将分布式阵列相参合成雷达作为下一代弹道导弹防御雷达的发展方向，并分别于2004年在空军研究工作实验室(AFRL)Ipswich天线研究设备和于2005年在白沙导弹靶场(WSMR)使用宽带MIMO分布式孔径测试系统成功地进行了宽带分布式相参孔径的测试和验证。

分布式阵列相参合成雷达的基本特点是能够通过多部较小的单元雷达联合工作，实现信号级相参合成，从而获得与大雷达相当的增益和威力，同时具备相对大雷达更加快速的机动部署能力。为了实现收发全相参，形成发射波束，必然要求对各单元雷达发射信号的距离(延时)和相位进行精确校准。文献(史仁杰，“新一代弹道导弹防御雷达——分布式相参合成孔径相控阵雷达”，第十二届全国雷达学术年会论文集，2012，1043-1049)提到距离校准要求精确到距离分辨单元的百分之几，而相位校准要求精确到雷达中心波长的百分之几。由于单元雷达可以分布在上百米的范围内，依赖精确的测量定位手段进行校准，每次部署都要重新校准，费时费力而且不易实现；多站架设位置误差会引起发射波束畸变，导致方向性增益达不到威力要求，因此发射相参参数的精确校准成为实现分布式阵列发射相参合成(即发射波束形成)的主要技术难题。

对于单元雷达分布范围较大的典型分布式雷达系统，校准后形成的发射波束波束宽度可能很窄，要求相参参数校准具有一定的实时性。文献(曹哲，“分布式阵列相参合成雷达技术研究与试验”，现代防御技术，2012，40(4)，1-11)提到一种在相参积累之前利用单元雷达发射正交波形建立平滑和稳定的目标宽带跟踪，实时估计并预报下一组脉冲相参参数进行校准的方法。该方法实现了相参参数的实时校准，而且不需要对单元雷达进行定位，校准的精度取决于跟踪目标的精度；但是由于目标是运动的，而且可能形状复杂，甚至电波传播介质的不均匀性导致很难建立目标的宽带平稳跟踪。对于单元雷达密集分布的阵列相参合成雷达，对相参参数校准的实时性要求不高，避开了典型分布式雷达系统相参参数实时估计和补偿的技术难题，仅需要对相位进行校准，但是依然存在定位精度不够导致相位校准误差并引起发射波束畸变的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决单元雷达密集分布的分布式阵列相参合成雷达的发射波束形成问题，本发明提出一种分布式阵列相参合成雷达发射相参参数校准方法。该方法包括调整单元雷达阵面一致，单元雷达阵面参考点粗定位，计算满足方向增益要求的定位精度范围，根据粗定位精度选择合适的定位估计精度，通过优化算法估计各单元雷达定位误差，最后利用估计值校准加权形成发射波束，流程如图1所示。该方法适用于分布式阵列相参合成雷达在单元雷达密集分布而测量定位精度不够时，用软件方法进行阵列流形修正，校准发射相参参数，最终实现发射波束形成。

技术方案

一种分布式阵列相参合成雷达发射相参参数校准方法：在雷达各站(单元雷达，共N个)部署架设时，通过调整保证各站阵面一致，以其中一站作为参考，通过测量定位手段，获得各发射站阵面参考点的空间坐标(x′_n,y′_n,z′_n)(n＝1,2,…,N-1)，将测量定位误差控制在(±δ′_x,n,±δ′_y,n,±δ′_z,n)，计算满足方向增益要求的定位精度范围，选择合适的定位估计精度(±δ_x,±δ_y,±δ_z)，根据所选定位精度对定位误差进行量化，并通过优化算法估计各站定位误差利用估计位置进行相位校准加权，最终形成发射波束，实现框图如图2所示。

具体步骤如下：