X波段频率步进雷达系统误差校正

张炜

摘要：X波段雷达已越来越多的在机场场面监视领域得到应用。X波段雷达较红外、光学、KU波段雷达等探测手段受天气环境等外界因素影响较小，可以实现全天时、全天候对目标进行探测。目前我国各大机场都部署了SCANTER5000系列X场面监视雷达。本文将对X波段频率步进雷达系统误差的校正方法进行分析，并提出一种可能应用于机场场面监视雷达的系统误差校正方法。

关键词：民航;场面监视;频率步进;系统误差

中图分类号：TN957.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0112-02

1 系统误差校正原理

雷达系统误差校正可以分成时域校准法和频域校正法两种方法。文献[1，2]提出了从单个点频测试信号推导的系数来校正正交解调I、Q两路信号幅相误差，该方法属于时域校正法，一般适用于解决正交解调幅相不一致性，而无法校正由于系统其它部分带来的误差。频域法通过发射信号和接收信号测得系统的传函，并计算出校正传函，再利用校正传递函数对含有畸变特性的信号进行处理，从而获得理论上没有畸变的信号。包含在接收端进行的均衡和在发射端进行的预畸两种方法，后者会导致硬件实现的难度增大而前者可以使用软件实现。本文讨论的重点是使用均衡法进行畸变校正。

回波幅度为σ0的静止点目标对应的基带回波表达式如下：

2 系统误差校正效果验证

基于X波段频率步进雷达系统构建自闭换系统，模拟理想点目标回波，获得自闭换数据，用于验证上小节所述系统幅/相误差校正原理。模拟的理想点目标回波经采集器得到原始回波脉压后幅度特性和相位特性以及利用频域拼接法合成一维高分辨距离像如图1～图2所示。图1左图为一帧回波脉压峰值幅度误差曲线，误差为5dB。右图为一帧回波脉压峰值相位曲线及拟合曲线。图2左图为加窗前高分辨像，右图为加窗后高分辨像，主副瓣比为20dB。

2.1 只校正幅度畸变

对回波信号采集脉压后，只进行幅度畸变校正，不进行相位畸变校正，分别观察脉压幅度和相位曲线和利用频域拼接法合成一维高分辨距离像如图3～图4所示。

当仅对幅度畸变进行补偿而不校正相位畸变时，信号主副瓣比几乎保持不变，信号的幅度相比于未校正时相差较小。

2.2 只校正相位畸变

对回波信号采集脉压后，只进行相位畸变校正，不进行幅度畸变校正，观察脉压幅度和相位曲线和利用频域拼接法合成一维高分辨距离像。当仅对相位畸变进行补偿而不校正幅度畸变时，加窗后信号主瓣幅值降低4dB左右，主副瓣比增加18dB左右，主瓣宽度变窄约一半。

2.3 同时校正幅/相畸变

对回波信号采集脉压后，同时进行相位畸变校正和幅度畸变校正，幅度和相位特性及合成高分辨像。通过分别对幅度畸变校正和相位畸变校正，对成像的影响较大的是相位畸变，相位的非线性使得信号主瓣变宽，主副瓣比降低。通过对雷达系统进行校正，可以使信号主瓣变窄，约为1/3，并且校正后解决了主瓣分裂现象。主副瓣比增大近2dB至13.4，加窗后主副瓣比提高了24dB，提高信号的可检测性。

3 结语

通过本节计算机仿真以及实际系统误差分析，可以看出硬件系统存在的非线性会导致目标回波幅度和相位发生畸变，幅度畸变只会影响目标高分辨的幅值，而相位畸变则不仅会导致幅值降低还会导致高分辨像主副瓣比降低，旁瓣增多等，從而影响高分辨成像效果。实际工程中必须对系统存在的相幅误差进行提取并依据本文所提校正方法进行校正。

参考文献

[1] 李磊.频率步进雷达信号处理理论及实现[D].北京：北京理工大学，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.