X波段頻率步進雷達系統誤差校正

張煒

摘要：X波段雷達已越來越多的在機場場面監視領域得到應用。X波段雷達較紅外、光學、KU波段雷達等探測手段受天氣環境等外界因素影響較小，可以實現全天時、全天候對目標進行探測。目前我國各大機場都部署了SCANTER5000系列X場面監視雷達。本文將對X波段頻率步進雷達系統誤差的校正方法進行分析，并提出一種可能應用于機場場面監視雷達的系統誤差校正方法。

關鍵詞：民航;場面監視;頻率步進;系統誤差

中圖分類號：TN957.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0112-02

1 系統誤差校正原理

雷達系統誤差校正可以分成時域校準法和頻域校正法兩種方法。文獻[1，2]提出了從單個點頻測試信號推導的系數來校正正交解調I、Q兩路信號幅相誤差，該方法屬于時域校正法，一般適用于解決正交解調幅相不一致性，而無法校正由于系統其它部分帶來的誤差。頻域法通過發射信號和接收信號測得系統的傳函，并計算出校正傳函，再利用校正傳遞函數對含有畸變特性的信號進行處理，從而獲得理論上沒有畸變的信號。包含在接收端進行的均衡和在發射端進行的預畸兩種方法，后者會導致硬件實現的難度增大而前者可以使用軟件實現。本文討論的重點是使用均衡法進行畸變校正。

回波幅度為σ0的靜止點目標對應的基帶回波表達式如下：

2 系統誤差校正效果驗證

基于X波段頻率步進雷達系統構建自閉換系統，模擬理想點目標回波，獲得自閉換數據，用于驗證上小節所述系統幅/相誤差校正原理。模擬的理想點目標回波經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

對回波信號采集脈壓后，只進行幅度畸變校正，不進行相位畸變校正，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。

當僅對幅度畸變進行補償而不校正相位畸變時，信號主副瓣比幾乎保持不變，信號的幅度相比于未校正時相差較小。

2.2 只校正相位畸變

對回波信號采集脈壓后，只進行相位畸變校正，不進行幅度畸變校正，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。當僅對相位畸變進行補償而不校正幅度畸變時，加窗后信號主瓣幅值降低4dB左右，主副瓣比增加18dB左右，主瓣寬度變窄約一半。

2.3 同時校正幅/相畸變

對回波信號采集脈壓后，同時進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。通過分別對幅度畸變校正和相位畸變校正，對成像的影響較大的是相位畸變，相位的非線性使得信號主瓣變寬，主副瓣比降低。通過對雷達系統進行校正，可以使信號主瓣變窄，約為1/3，并且校正后解決了主瓣分裂現象。主副瓣比增大近2dB至13.4，加窗后主副瓣比提高了24dB，提高信號的可檢測性。

3 結語

通過本節計算機仿真以及實際系統誤差分析，可以看出硬件系統存在的非線性會導致目標回波幅度和相位發生畸變，幅度畸變只會影響目標高分辨的幅值，而相位畸變則不僅會導致幅值降低還會導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。實際工程中必須對系統存在的相幅誤差進行提取并依據本文所提校正方法進行校正。

參考文獻

[1] 李磊.頻率步進雷達信號處理理論及實現[D].北京：北京理工大學，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.