[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

摘要

本发明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，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。

主权项

一种分布式阵列相参合成雷达发射相参参数校准方法，其特征在于步骤如下：步骤1：调整N个雷达站的阵面一致，以其中一站作为参考站，空间坐标为(0,0,0)，其余各站阵面参考点的实际空间坐标为(x_n,y_n,z_n)，构成一个坐标系，使各站在远场具有相同的发射波束其中：θ是俯仰角，是方位角，θ₀和分别表示扫描方向的俯仰角和方位角，n＝1,2,…,N‑1；步骤2：通过测量定位获得其余各站相对于参考站的坐标为(x′_n,y′_n,z′_n)，根据下式：(x′_n,y′_n,z′_n)＝(x_n+Δx_n,y_n+Δy_n,z_n+Δz_n)得到定位误差为(Δx_n,Δy_n,Δz_n)，Δx_n∈[‑δ′_x，n,δ′_x,n]，Δy_n∈[‑δ′_y,n,δ′_y,n]，Δz_n∈[‑δ′_z,n,δ′_z,n]，n＝1,2,…,N‑1，(±δ′_x,n,±δ′_y,n,±δ′_z,n)为粗定位精度；步骤3：按照测量定位值对各站发射信号加权：其中：n＝1,2,…,N‑1，w₀＝1；加权后形成方向图为：在方向增益损失：$L_s=G_{s0}-G_{s0}^{\′}=-20\lg \left[\right|1+\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}E\left(e^{j2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\Δ}{d}_n}{\mathrm{\λ}}}\right)|/N]$其中：G_s0＝20lg(N|F₀|)，Δx_n服从[‑δ_x,δ_x]范围的均匀分布，Δy_n服从[‑δ_y,δ_y]范围的均匀分布，Δz_n服从[‑δ_z,δ_z]范围的均匀分布，且Δx_n、Δy_n、Δz_n三者相互独立；保证在方向增益损失不超过L₀的前提下，定位估计精度δ_x,δ_y,δ_z满足下式：步骤4：根据定位估计精度δ_x,δ_y,δ_z计算定位误差(Δx_n,Δy_n,Δz_n)，其中n＝1,2,…,N‑1：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_n=2k_{x,n}{\mathrm{\δ}}_x+o_{x,n},k_{x,n}=0,\±1,...,\±K_{x,n}\\ \mathrm{\Δ}{y}_n=2k_{y,n}{\mathrm{\δ}}_y+o_{y,n},k_{y,n}=0,\±1,...,\±K_{y,n}\\ \mathrm{\Δ}{z}_n=2k_{z,n}{\mathrm{\δ}}_z+o_{z,n},k_{z,n}=0,\±1,...,\±K_{z,n}\end{array}\right.$其中，o_x,n∈[‑δ_x,δ_x]；o_y,n∈[‑δ_y,δ_y]；o_z,n∈[‑δ_z,δ_z]；表示不小于·的最小整数；对定位误差进行量化估计：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\hat{x}}_n=2k_{x,n}{\mathrm{\δ}}_x,k_{x,n}=0,\±1,...,\±K_{x,n}\\ \mathrm{\Δ}{\hat{y}}_n=2k_{y,n}{\mathrm{\δ}}_y,k_{y,n}=0,\±1,...,\±K_{y,n}\\ \mathrm{\Δ}{\hat{z}}_n=2k_{z,n}{\mathrm{\δ}}_z,k_{z,n}=0,\±1,...,\±K_{z,n}\end{array}\right.$其中，定位估计精度δ_x,δ_y,δ_z由下式确定：步骤5：按照定位误差量化估计值对各站发射信号进行加权：其中，n＝1,2,…,N‑1，w₀＝1；在信号通过天线辐射后，利用接收装置获得远场方向的信号，记为S：其中s表示接收到的(0,0,0)站参考单元发射的信号，采用穷举法或遗传算法搜索使接收信号S最大的定位误差的估计值步骤6：利用定位误差的估计值计算各站位置估计值：$({\hat{x}}_{n,0},{\hat{y}}_{n,0},{\hat{z}}_{n,0})=(x_n^{\′}-\mathrm{\Δ}{\hat{x}}_{n,0},y_n^{\′}-\mathrm{\Δ}{\hat{y}}_{n,0},z_n^{\′}-\mathrm{\Δ}{\hat{z}}_{n,0})$利用估计位置值进行相位校准加权：