基于增益精细化控制的频扫多波束雷达仰角精度提升方法与流程

1.本发明属于信号处理领域。


背景技术：

2.扫频多波束雷达的天线波束较宽，转速较慢，所以同一目标在仰角上可能占据几个甚至十几个主脉冲，针对这种状况，一般采用质点中心法进行目标仰角的估计，该算法式为：
[0003][0004]
式中ai为第i个主脉冲目标回波强度，bi为第i个主脉冲目标仰角值，由(1)式可知，目标回波仰角是由同一目标不同主脉冲的回波仰角值和回波幅度值综合确定的，因此，目标回波强度的准确性是影响仰角精度估算的一个重要因素。
[0005]
目标回波能量参数ai的准确性是影响仰角精度估算的一个重要因素。雷达系统对目标回波能量参数的影响主要概括为以下几点：
[0006]
雷达天线其方向图因频点不同而有变化，即天线对不同频点的增益不同。
[0007]
不同脉宽的雷达回波信号，其回波能量随脉宽改变。雷达不同仰角对应的威力范围不同，在保持功率和带宽不变情况下，通常改变脉冲时宽来实现，根据雷达方程，同一目标雷达回波能量与时宽成正比，脉宽越大，回波能量越强。
[0008]
雷达系统上下行通路对不同频点的回波其增益不同。雷达接收机上下行通道一般由滤波器、混频器、放大器等模拟器件组成，对不同频点的响应并非一致。
[0009]
多脉宽情况下，同一目标的脉压幅度随脉压得益不同而改变。目标脉压得益与时宽带宽积有关，根据线性调频脉压原理，时宽带宽积越大，脉压后目标得益越大，从而导致同一目标回波具有不同的脉压幅度值。
[0010]
雷达仰角精度提升，通常是数据处理部分针对仰角估算算法改进，目的是力图减少目标附近各类杂波形成的虚假目标回波，对目标仰角估算的影响，从而提升仰角精度,这些方法通常忽略了雷达系统本身各种偏差对仰角精度的影响；本发明区别以往方法，精细化的修正由于雷达系统自身的各种因素导致的目标回波起伏对目标仰角估算的影响，对提升雷达仰角精度有着重要的意义。


技术实现要素：

[0011]
为解决多波束扫频雷达工作频点多和波束时宽不一致而导致系统不同工作状态下对雷达回波增益不一致，进而影响仰角精度估算的问题，本发明提供了基于增益精细化控制的频扫多波束雷达仰角精度提升方法。
[0012]
本发明提出的基于增益精细化控制的频扫多波束雷达仰角精度提升方法，技术方案包括：
[0013]
步骤1，在射频级解决各频点天线增益不一致问题，进行如下处理：根据预先测得的各频点天线方向图数据，计算出天线对个频点的增益偏差，存于天线增益调整存储器中，
fpga将此增益差值作为天线增益调整依据，用以控制射频级数控衰减器1；射频级回波信号经场放功率放大后，再经射频级数控衰减器1调整信号功率，以抵消天线对各频点增益不一致导致的仰角精度偏差，并保留了信号幅度、相位等有效信息；
[0014]
步骤2，在中频级解决不同脉宽近程增益控制不一致问题，进行如下处理：分别计算各脉宽的近程增益控制曲线，该曲线存储于近程增益控制存储器中，fpga根据当前的脉冲宽度，读取对应的进程增益控制曲线，控制数控衰减器2，在中频级保证不同脉宽信号，近程增益控制的一致性；
[0015]
步骤3，在数字级解决上下行增益不均衡问题，进行如下处理：雷达系统每次启动时，首先进行针对上下行通路的自动校准操作，即控制雷达系统产生遍历所有工作频点和脉宽的雷达信号，并将经过上下行后的反馈信号存入脉压系数调整存储器，作为不同频点、不同脉宽信号各自的脉压系数，该脉压系数包含了上下行增益偏差，抵消上下行增益不一致导致的脉压失配；
[0016]
步骤4，在中频级解决脉压增益不一致问题，进行如下处理：按工作方式分类，在同一种工作方式下，预先求出不同脉宽信号的时宽带宽积，并得到与最小时宽带宽积差值，转换为数控衰减器3的衰减量，存储于脉压增益控制存储器；中频级回波信号，先经中频放大后，fpga根据当前的工作方式，选取相应的衰减量，控制数控衰减器3，进行脉压增益调整，保证同一工作方式下，脉压增益相同，同时先经过中频放大，再调整增益又保证了幅度相位有效信息不丢失；经处理的下行雷达回波信号经模数转换，送给fpga进行仰角凝聚处理，并输出给下级处理模块。
[0017]
本发明有益效果为：一方面，采用射频级、中频级、数字级分级处理的架构，依次解决了天线增益，近程增益，上下行增益，脉压增益不一致问题，各级功能明确，逻辑关系清晰，便于实现；另一方面，整体采用先放大后精细化衰减的结构，保留了回波信号的幅度相位有效信息，保证了脉压等相参处理的正确性；采用这种方法提升了仰角估算的幅值信息准确性，提升了仰角估算精度。
[0018]
下面结合附图对本发明的技术解决方案作详细描述。
附图说明
[0019]
图1为基于增益精细化控制的频扫多波束雷达仰角精度提升方法的原理框图。
具体实施方式
[0020]
本发明基于增益精细化控制的频扫多波束雷达仰角精度提升方法的原理框图参见图1。具体实施步骤如下：
[0021]
步骤一、根据测得的各频点天线主瓣增益最大值，得到不同频点天线增益差值，将差值存入天线增益调整存储器，fpga根据当前雷达工作频率，计算出数控衰减器1的控制代码，对经过场放后的雷达回波信号进行增益调整，从而抵消天线对不同频点增益偏差；
[0022]
步骤二、根据雷达方程，计算出不同脉宽信号其回波能量与距离的关系曲线，其互补曲线即为不同脉宽下的近程增益控制曲线，将其存入近程增益控制存储器中，fpga根据当前雷达脉宽，选择对应的近程增益曲线，控制数控衰减器2，对中频信号进行近程增益控制，保证近程增益控制的一致性；
[0023]
步骤三、在雷达启动后，针对上下行通道进行自检操作，雷达系统产生遍历所有频点和脉宽的雷达信号，经上下行通道后，将反馈值存入脉压系数调整存储器，作为上下行增益偏差调整后的脉压系数，fpga根据工作方式，选择对应的脉压系数，从而抵消上下行增益不一致导致的脉压失配；
[0024]
步骤四、计算不同脉宽下的时宽带宽积，按工作方式分类，在同一种工作方式下，求出最小时宽带宽积与其余时宽带宽积差值，并转换为数控衰减器的衰减量，存储于脉压增益控制存储器，fpga根据当前的脉宽选择对应的衰减量，控制数控衰减器3，对经中频放大后的雷达回波信号进行增益控制，使得同一工作方式下，雷达回波脉压增益相同；将调整后的雷达中频信号，经模数转换送给fpga，经行仰角凝聚处理，并将凝聚后值送给下级处理模块。


技术特征：
1.基于增益精细化控制的频扫多波束雷达仰角精度提升方法，其特征在于：步骤1：根据预先测得的各频点天线方向图数据，计算出天线对各频点的增益偏差，存于天线增益调整存储器中，fpga将所述增益偏差作为天线增益调整依据，用以控制射频级数控衰减器1；射频级回波信号经场放功率放大后，再经射频级数控衰减器1调整信号功率，以抵消天线对各频点增益不一致导致的仰角精度偏差，保留信号幅度、相位有效信息；步骤2：分别计算各脉宽的近程增益控制曲线，所述曲线存储于近程增益控制存储器中，fpga根据当前的脉冲宽度，读取对应的进程增益控制曲线，控制数控衰减器2，在中频级保证不同脉宽信号，近程增益控制一致；步骤3：雷达系统每次启动时，首先进行针对上下行通路的自动校准操作，即控制雷达系统产生遍历所有工作频点和脉宽的雷达信号，并将经过上下行后的反馈信号存入脉压系数调整存储器，作为不同频点、不同脉宽信号各自的脉压系数，所述脉压系数包含了上下行增益偏差，抵消上下行增益不一致导致的脉压失配；步骤4：按工作方式分类，在同一种工作方式下，预先求出不同脉宽信号的时宽带宽积，并得到与最小时宽带宽积差值，转换为数控衰减器3的衰减量，存储于脉压增益控制存储器；中频级回波信号，先经中频放大后，fpga根据当前的工作方式，选取相应的衰减量，控制数控衰减器3，进行脉压增益调整，保证同一工作方式下，脉压增益相同，同时先经过中频放大，再调整增益保证幅度相位有效信息不丢失；经处理的下行雷达回波信号经模数转换，送给fpga进行仰角凝聚处理，并输出给下级处理模块。

技术总结
本发明公开了基于增益精细化控制的频扫多波束雷达仰角精度提升方法；由于多波束扫频雷达工作频点多，同时各波束发射脉冲的时宽不一致，采用比幅法进行仰角测试时，系统不同工作状态下对雷达回波增益必然不一致，从而影响仰角精度的估算。本发明采用射频级、中频级、数字级三级对回波信号放大和精细化控制衰减调整，一方面，分级解决由各仰角天线波束的增益不一致，各接收通道近程增益控制误差，上下行增益误差，脉压增益的不一致等因素带来的各仰角波束接收信号幅度一致性精确控制问题；另一方面，保持回波信号的幅度相位有效信息；采用这种方法提升了仰角估算的幅度信息准确性，提升了仰角估算精度。升了仰角估算精度。升了仰角估算精度。


技术研发人员：奚俊 肖峰 秦赟 张志强
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七二四研究所
技术研发日：2021.09.30
技术公布日：2022/1/11