多载频MIMO雷达的幅相误差校正

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基于降维的双基地MIMO雷达收发阵列互耦和幅相误差校正算法

基于降维的双基地MIMO雷达收发阵列互耦和幅相误差校正算法YANG Shouguo;LI Yong;ZHANG Kunhui;GUO Yiduo【摘要】双基地多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达收发阵列互耦和幅相误差会严重影响高分辨渡达方向(direction of arrival,DOA)和波离方向(direction of departure,DOD)估计算法的性能.针对这一问题,通过在收发阵列中分别引入若干个经过精确校正的辅助阵元,并利用子空间原理和降维思想,提出了一种双基地MIMO雷达目标二维角度及收发阵列互耦和幅相误差矩阵的联合估计算法.首先,该算法不需要收发阵列互耦和幅相误差矩阵信息,就能较为精确地估计出目标的DOA和DOD;然后,基于对目标二维角度的精确估计,还能进一步对互耦和幅相误差矩阵进行精确估计,进而对收发阵列误差实现自校正.所提算法只需进行一雏谱峰搜索,不需要高维非线性优化搜索,所以运算量较小.计算机仿真结果证明了所提算法的有效性和正确性.【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2018(040)012【总页数】7页(P2668-2674)【关键词】双基地多输入多输出雷达;波达方向;波离方向;互耦;幅相误差【作者】YANG Shouguo;LI Yong;ZHANG Kunhui;GUO Yiduo【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TN9570 引言基于阵列参数模型的双基地多输入多输出(multiple input multipleoutput,MIMO)雷达高分辨角度估计算法[1-3],以其优良的高分辨性能受到了人们广泛的关注。

但高分辨算法庞大的运算量和对误差的低鲁棒性一直是限制其实际工程应用的重要瓶颈。

随着高速数字信号处理器的不断更新和发展,以及人们对并行快速算法和次最优算法的深入研究,高分辨算法实时实现的问题得到了根本的缓解,但对阵列误差校正和鲁棒的角度估计算法的研究还很不完善。

基于遗传算法的MIMO阵列位置误差自校正方法

Ａｂｓｒｃ：ＴｅｐａｅｏｃｉｅｒａｉｎｌｓｎｕｎｅｙｔｅｐｓｔｎｅｒｒｏｔｎｒａｌｍｅｔＴｈｉｈｒｓｌｔｎｔａｔｈｈｓｆｅｅｖｄａｒｙｓｇａｆｅｃｄｂｏｉｏｒｏｆａｅｎａａｒｙｅｅｎ．ｅｈｇ —ｅｏｕｉｒｉｉｌｈｉｎｏ
辨率波达方向（Ｏ）ＤＡ估计算法对信号的相位误差非常敏感。针对多输入多输出（ＭＯ）阵列，ＭＩ本文基于遗传算法，利用自校正思想，构造一个对不同方向空间谱值进行加杈求和的自适应权函
数，结合ＭＵＳＣ方法，构建个体适应度函数，实现了ＭＩ阵列阵元位置误差与ＤＩＭＯＯＡ的联合
针对单基ＭＩ阵列的参数估计问题，文献４ＭＯ
的情况下，成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率。ＭＩＭＯ空间分集技术从多个角度观察目标，所
以对于目标的ＲＣＳ起伏不敏感。此外，ＭＩ技ＭＯ术利用灵活的发射分集设计，可以获得高的空间分辨率。因此，ＭＩＭＯ相关的阵列信号处理技术受到了越来越多的关注｝。ｌＪ
ｗｈｃａｅｕｅｏｈｉｈｄｓｍｆｔｅｓｅｔｕｖｌｅｒｍｉｅｅｔｄｒｃｉｎｓｃｎｔｃｅｎｔｉｐｐｒＷｅｕｅｔｅｉｈｃｎｂｓｄｆｒｔｅｗｅｇｅｕｏｐｃｒｍａｕｓｆｏｄｆｒｎｉｅｔｓｉｏｓｒｔｄｉｈｓａｅ．ｓｈｈｏｕ

多波束天线通道幅相一致性校正及实现(精)

多波束天线通道幅相一致性校正及实现朱丽龚文斌杨根庆（中科院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050）摘要：本文针对多波束天线接收机的通道幅相一致性校正，提出了一种基于自适应算法的校正方法并在FPGA 中实现了该方法。

在满足系统要求的前提下，该方法不但实现起来相对容易，而且算法的精度和动态范围也有一定的保证。

仿真和试验结果表明，该方法是可行的。

关键词：多波束天线，通道失衡，幅相误差，最小均方误差，校正1．引言随着人们对卫星通信要求的不断提高，卫星通信技术得到了很大的发展。

其中，卫星多波束天线目前己成为提高卫星通信性能、降低系统成本的一项关键性技术。

多通道接收机是DBF 天线系统中信号的必经之路，正是这种多接收通道的结构，使DBF 天线系统增加了幅度和相位误差的潜在来源。

与多个天线阵列相连接的多个接收机通道必须要有很高的一致性，否则通道间的失配将严重影响数字波束系统的性能。

对多通道间误差的校正正是星载数字多波束天线的关键技术之一。

由于目前国内对星载DBF 天线的研究还处于初级阶段，所以需要更多的借鉴智能天线、自适应天线和雷达等领域已有的研究成果。

本文主要针对基于卫星应用的两维阵列DBF 天线系统，采用目前最常用的LMS 算法设计并在FPGA 中实现了对其前端射频多通道接收机的幅相校正系统，最后给出了测试结果。

测试结果表明，这种采用定点数制的LMS 算法对系统的幅相误差具有较好的校正性能。

2．数字多波束天线的幅相校正原理数字多波束天线的组成如图1所示。

前端天线阵是由多个天线单元组成两维阵列，阵元接收的信号经射频前端电路、A/ D 转换电路、数字下变频器后送入数字波束形成器处理。

[2][1]设计一个六边形排列的7单元天线阵，A/D后端的数字下变频器和波束形成器均采用FPGA 实现。

天线阵接收到的信号首先通过射频通道混频后得到中频信号，再将此模拟中频信号经过ADC 后得到数字中频信号，然后送入DDC 进行下变频；下变频后，每路信号分为正交的I、Q 两路，这些正交的信号再送入波束成形器中进行波束成形，最后的输出即为合成的波束。

MIMO雷达波形优化设计与阵列误差校正方法研究

MIMO雷达波形优化设计与阵列误差校正方法研究MIMO（多输入多输出）雷达技术是一种基于多天线和多射频通道的雷达系统，能够实现高分辨率成像和目标参数估计。

在MIMO雷达系统中，波形设计和阵列误差校正是提高雷达性能和准确性的关键问题。

本文将对MIMO雷达波形优化设计和阵列误差校正方法进行研究和探讨。

1.引言随着雷达技术的不断发展，人们对雷达系统的要求越来越高。

MIMO雷达系统由于其多天线和多射频通道的特性，具备了较高的分辨率和较低的误差。

然而，在实际应用中，由于环境干扰、波形设计不合理以及阵列误差等因素的影响，MIMO雷达系统的性能往往无法得到充分发挥。

因此，对MIMO雷达的波形设计和阵列误差校正进行优化研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。

2.MIMO雷达波形优化设计MIMO雷达系统中的波形设计是影响雷达性能的重要因素之一。

传统的雷达系统采用脉冲压缩技术提高分辨率，然而在MIMO雷达系统中，脉冲压缩技术无法充分利用多通道的信息。

因此，需要针对MIMO雷达系统进行波形优化设计。

首先，可以采用最小平均方差准则来设计波形。

该准则在满足一定约束条件下，通过优化发送波形的自相关矩阵，使接收信号在加性高斯白噪声下的均方误差达到最小。

其次，还可以采用极小化传输功率的准则进行波形设计。

通过优化波形的功率谱密度，使传输功率最小化，从而提高雷达系统的能效。

此外，还可以结合两种准则，综合考虑均方误差和传输功率的权衡，进行综合优化。

3. MIMO雷达阵列误差校正方法研究阵列误差是MIMO雷达系统中另一个重要的性能影响因素。

由于阵列天线之间存在耦合和不一致性等问题，会导致雷达系统中的相位误差、幅度误差和时间延迟等误差。

因此，需要针对阵列误差进行校正，以提高雷达系统的准确性和稳定性。

一种常见的阵列误差校正方法是通过引入校正矩阵来对接收到的信号进行校正。

校正矩阵可以根据实际测量的阵列误差进行求解，然后用于对接收信号进行校正。

多载频MIMO雷达的一种新的信号处理方法

或IFFT变换)，可得 Srk ( f ) = exp ⎢⎡ j 2π (−fk τ + 0.5µτ 2 )⎥⎤ ⎣ ⎦ ⋅ exp(−j 2πµτt )exp( j 2π ft )dt
∫0
Te
= exp ⎡⎢ j 2π (−fk τ + 0.5µτ 2 )⎤⎥ ⎣ ⎦ Te sin [π( f − µτ )Te ] ⋅ exp [ j π(f − µτ )Te ] π( f − µτ )Te
Bu = ∆f 。
[1,2]
，这里取Biblioteka = A( f ) sin ⎡⎣π (n − N e ∆fR / c )⎤⎦ sin ⎡⎣π (n − N e ∆fR / c ) / N e ⎤⎦
(6)
第 l 个接收阵元接收到距离 R(= Rt + Rr ) 处静止目标的回波信号为
Srl (t ) = ∑ Sek (t − τ ) = ∑ rect [(t − τ )/Te ] exp { j 2π[fk (t − τ )+0.5µ(t − τ )2 ]}
k =1 k =1 Ne Ne
式(6)即完成了一次相参合成处理。经过IFFT相参合成处理后，理论上每个粗分辨单元中都可以综合出一个窄脉冲，而且窄脉冲在其中的位置也是完全相同的，但其幅度受函数
A( f ) = |Te sin [π( f − µτ )Te ]/π( f − µτ )Te | 的调制，这是由于
离，每一个频谱采样点就对应着一定的粗测距离，取目标所 (1) 并对该距离单元在粗测距离单元补偿多余相位 exp( j πµτ 2 ) ，上所有通道的信号做 Ne 点的IFFT并取模，可得 Ne −1 ⎛ 2π ⎞ ⎟ ⎜j ⎟ p(n ) = A( f ) ∑ exp { j 2π[−( f0 + k ∆f )τr 0 ]} exp ⎜ kn ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎝ N ⎠

一种多普勒雷达前向测速误差的修正方法

一种多普勒雷达前向测速误差的修正方法本文介绍了一种多普勒雷达前向测速误差的修正方法。

根据飞行数据样本计算出补偿因子，将补偿因子折算到雷达天线波束指向角中，通过修正天线波束指向角完成对雷达前向测速误差的修正。

标签：多普勒雷达，前向测速误差，天线波束指向角;1 引言多普勒测速雷达主要测量飞机或导弹等载体坐标系下的三轴向速度，供惯导系统实现惯性/多普勒组合导航功能。

现有多普勒雷达多用于飞机上，对雷达测速精度要求不是很高，随着技术的发展和改进，多普勒雷达开始应用于弹用领域，对其体积、重量、特别是精度的要求更高，其精度指标要高于飞机上一倍左右。

弹用多普勒雷达的测速误差，包括内部和外部两种因素。

内部因素主要有发射机的频率稳定度、频率跟踪器的跟踪精度、有限波束宽度引起的误差、天线轴线精度。

内部因素是在雷达设计制造过程中产生的误差，在雷达设计时可对这些误差进行估计和控制。

频率跟踪器的跟踪精度除了设计中元器件产生的误差还有在调试中人为的因素，因此在调试中需要控制每部产品频率跟踪器的跟踪误差，保证将每部产品频率跟踪器的跟踪误差降到最小，这样可以确保每部产品的一致性。

外部因素主要有天线波束指向角测量误差、不同地貌散射引起的误差，外部因素在设计时无法对其进行准确估计。

弹用多普勒雷达安装在载体底部，采用“X”形配置四波束分时收发方式，每个波束有两个波束指向角α和λ，天线测试时需要分别测量这两个波束指向角，根据多普勒雷达速度公式，天线波束指向角参与雷达速度计算，因此天线波束指向角的测量精度直接影响着雷达的测速精度。

雷达天线的测量采用平面近场测量技术，天线波束指向角的测量误差有场地校准误差，扫描架Z向位置误差，电缆相位误差，方向图峰值位置，探头安装准直，多次反射，扫描架热变形，其中场地校准误差可以计算出来，其余误差随机性较大，无法准确修正。

雷达的电磁波照射在各种不同地貌之间，照射的地表散射系数存在很大的变化。

地貌偏差引起的速度误差量级公式如下：通过公式〈1〉可以看出，速度误差量级公式与波束宽度、反射系数及载体速度有关，波束宽度在雷达设计时已固定，因此不同的地貌反射系数与载体速度会产生速度误差，弹用多普勒雷达在飞行中侧向速度很小，引起的误差可以忽略不计，但前向速度很大，其速度约是飞机上的数倍，因此较小的地貌偏差都會引起量级的误差，如果不进行修正则会引起弹用多普勒雷达的前向测速误差增大。

多通道雷达系统阵列误差校正方法研究

多通道雷达系统阵列误差校正方法研究多通道雷达系统阵列误差校正方法研究摘要：多通道雷达系统广泛应用于目标检测和跟踪等领域，但系统中的阵列误差会导致探测性能下降。

为了提高雷达系统检测的准确性，本文研究了多通道雷达系统阵列误差校正方法。

首先，介绍了多通道雷达系统的工作原理和阵列误差的产生机制。

然后，基于加权方法和最小二乘法，提出了一种有效的阵列误差校正方法。

最后，通过数值模拟实验验证了该方法的有效性和准确性。

关键词：多通道雷达系统、阵列误差、校正方法、加权方法、最小二乘法1. 引言多通道雷达系统由多个接收天线组成的阵列，通过对目标发射的脉冲信号进行接收和处理，实现目标的检测和跟踪。

然而，由于实际雷达系统的制造和安装过程中难免存在误差，如天线之间的间距和相位等误差，这些误差将导致系统的探测性能下降。

因此，对多通道雷达系统进行阵列误差校正具有重要的意义。

2. 多通道雷达系统的阵列误差分析多通道雷达系统中的阵列误差主要包括天线间距误差和天线相位误差。

天线间距误差是指实际天线之间的间距与理想值之间的差异，导致接收到的信号受到了相位干扰。

天线相位误差是指实际天线的相位与理想相位之间的差异，这将导致接收到的信号受到了幅度干扰。

3. 多通道雷达系统阵列误差校正方法为了准确地校正多通道雷达系统中的阵列误差，本文提出了一种基于加权方法和最小二乘法的校正方法。

首先，根据实际测量得到的天线间距误差和天线相位误差，采用加权方法对天线间距进行校正。

然后，基于最小二乘法，通过对接收到的信号进行优化处理，校正天线相位误差。

4. 数值模拟实验为了验证所提出的多通道雷达系统阵列误差校正方法的有效性和准确性，进行了一系列的数值模拟实验。

实验结果表明，通过采用本文提出的校正方法，可以显著减小多通道雷达系统中的阵列误差，提高系统的检测和跟踪性能。

5. 结论本文研究了多通道雷达系统阵列误差校正方法，通过加权方法和最小二乘法，实现了对天线间距误差和天线相位误差的校正。

多雷达数据融合的误差校正

要内容，随着综合电子干扰技术的发展，单部雷达已经很难与电子对抗系统全面抗衡，统雷达所面临的电子干扰传
其中：是斜距测量固有误差；是斜距增益固有误差；０兄
是目标相对雷达的实际斜距；（）为高斯白噪声．０ｔ９
系统误差修正的目的是求出式（）１和式（）的所有２中固有误差６、、的值，并在系统对各雷达上报的目标
关键词：雷达情报；数据融合；误差修正
中图分类号：Ｐ７．Ｔ２４２文献标识码：Ａ文章编号：０６— ７７２ｌ）２— ０８— ２１０００（ｏｏｏ０３０
雷达及其对抗始终是现代战争中争夺制电磁权的重
坐标数据处理时将固有误差消除．求解上述固有误差是一个非线性的参数估值问题，其离散消息模型和观测模型分别为：Ｘ＝Ｆ（。Ｘ一）
Ｚ（）＋＝
和隐身目标攻击促使雷达向网络化方向发展，如今的雷达及其对抗已经发展到体系对体系的作战模式．组网雷达就
达测量值之差［（）一Ｘ（７Ｒ，１ＲｎＲ１２Ｙ（，。一ＹｎＲ，，）７）（）２Ｈ
（Ｒ一１）２，）Ｙ）（分别为测量到的目）１（Ｒ］（，（，）标在直角坐标系中对应的值，。ＲＲ，为雷达编号，为
是把分布在不同位置的多部雷达通过合理布站，借助于通信手段链成网，由中心站统一调配，充分利用各单部雷达的资源和信息融合的优势从而使整体作战能力得到极大

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Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａａｎａｄｐａｅｅｒｒｍｏｅｆｔｌｉｃｒｉｒｆｅｕｎｙ（ＣＦ）ＭＩＯａａｓｃｎｔｕｔｄｇｉｎｈｓｒｏｄｌｈｅｍｕｔａｒｅ — ｒｑｅｃＯ — ＭＭｒｄｒｉｏｓｒｃｅａｄａｍｅｈｄｔａｉｒｔｈｒａｒｏｙｅｔｍａｉｇｔｅｃｍｂｎｄｇｉｎｈｓｒｏｆｔｅｅｕｖｌｎｒａｎｔｏＯｃｌａｅｔｅａｒｙｅｒｒｂｓｉｔｈｏｂｎｉｅａｎａｄｐａｅｅｒｒｏｈｑｉａｅｔａｒｙａｔｒｔｅｓｇａｒｐｏｅｓｎｓｐｏｏｅａｅｎｔｅｃｕｌｇｃａａｔｒｓｉｓｏａｎａｄｐａｅｅｒｒｏｈｆｅｈｉｎｌｐｅｒｃｓｉｇｉｒｐｓｄｂｓｄｏｈｏｐｉｈｒｃｅｉｔｃｆｇｉｎｈｓｒｏｆｔｅｎｔａｓｔａｄｒｃｉｅａｒｙＴｗｏｅｔａｉｎｍｅｈｄ，ｓｂｐｃｉｔｇ（Ｆ）ｍｅｈｄａｄｍａｉｕｌｅｉｏｄｒｎｍｉｎｅｅｖｒａ．ｓｉｔｏｍｔｏｓｕｓａｅｆｉｔｎＳｔｏｎｘｍｍｉｌｏｋｈ（Ｉ）ｍｅｈｄ，ａｅｐｏｏｅＯｅｔｍａｅｔｅｇｉｎｈｓｒｏＭｔｏｒｒｐｓｄｔｓｉｔｈａｎａｄｐａｅｅｒｒｗｈｅｈｒｓａｓｎｌｕｉａｙｓｕｃｔａｃｒｎｔｅｅｉｉｇｅａｘｌｒｏｒｅａｅ — ｉ
列的幅相误差耦合到一起的特点，出了对信号预处理后等效阵列的联合幅相误差进行整体估计来实现误差校提正的思想。针对单辅助信源的情况完成了两种误差估计方法：空间拟合（ｕｓａｅｆｔｇＦ法和最大似然子ｓｂｐｃｉｉ，Ｓ）ｔｎ
文献标志码：Ａ
Ｇａｎａｄｐｓｒｏａｉｒｔｏｏｕｔ＿ａｒｅ ‘ ｒｑｕｎｙＭＩＯａａｉｎｈａｅｅｒｒｃｌｂａｉｎｆｒｍｌｉｃｒｉｒｆｅｅｃ。・Ｍｒｄｒ
ＹＡＮＧｉ —ｅ，ＺＨＡＮＧＭｎｇｌｉＳｈｏｕｈｏ — ｎｇ，ＣＨＥＮｉｘｉｏ，ＺＨＵＢａ— ａＳｈｏ — ｎｕｐｉｇ（ｔｎｌｂｆＲａｒＳｉｎｌＰｒｃｓｉｇ，Ｘｉａｎ【Ｎａｉａ．ｏｏＬａｄａｇａｏｅｓｎｄｉ
（ｘｍｕｌｅｉｏｄＭＩ法，空间拟合法利用信号子空间与阵列流型张成空间的对应系列方程求解，最大ｍａｉｍｋｌｏ，ｉｈ）子而似然法利用似然函数最大来得到幅相误差。推导了幅相误差估计的Ｃａｒｏ界（ＲＢ，仿真分析了两种方ｒｍｅ— ＲａＣ）并
多载频ＭＩＭＯ雷达的幅相误差校正
杨明磊，张守宏，陈伯孝，朱守平
（西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安７０７）１０１
摘要：立了多载频（ｌ—ａｒｒｒｑｅｃ，建ｍｕｔｃｒｉ — ｅｕｎｙＭＣ）ＭＩｉｅｆＦＭＯ雷达的幅相误差模型，针对其发射和接收阵并
ｔｉｏｉｉｎＴｈＦｍｅｈｄｅｔｍａｅｈｒｏｙｔｅｃｒｅｐｎｉｇｅｕｔｏｆｔｅｓｇａｕｓａｅａｄｔｅａｎｐｓｔ．ｏｅＳｔｏｓｉｔｓｔｅｅｒｒｂｈｏｒｓｏｄｎｑａｉｎｏｈｉｎｌｓｂｐｃｎｈ
法的估计性能与信噪比、拍数的关系以及辅助信源的定位误差对估计性能的影响。快
关键词：多载频多输入多输出雷达；幅相误差校正；予空间拟合法；最大似然法；ｒｍｅ－ａＣａｒＲｏ界
中图分类号：５．ＴＮ９８５
第３２卷
第２期
系统工程与电子技术
ＳｙｔｍｓＥｎｉｅｒｎｎｅｔｏｉｓｓｅｇｎｅｉｇａｄＥｌｃｒｎｃ
Ｖｏ．２Ｎｏ２１３．
Ｆｂｕｒ００ｅｒａｙ２１
２１００年２月
文章编号：０１５６（０００ — ２９０１０ —０Ｘ２１）２０７ — ５