一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法与流程

1.本发明涉及雷达信号技术领域，尤其涉及一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法。


背景技术：

2.数字阵列雷达具有敏捷快速的波束合成能力，合成性能的好坏取决于各收发通道的一致性和稳定性。对于宽带信号，需考虑大扫描角带来的孔径渡越时间，同时还要考虑通道间各ad采集器件的不一致性、射频通道的不一致性带来的通道时延误差。该时延误差需要精确的测量和补偿。
3.现有测量系统时延的方法是从信号源和校正网络两个方面考虑。
4.校正网络是一种功分网络，分为串馈和并馈网络，串馈网络可以通过控制校正开关，依次将信号注入各采集通道，用于信号分时采集。并馈网络可以同时将校正信号注入各采集通道，用于信号同时采集。
5.信号源可以是校正单机，校正单机是自研、专门用于校正的信号发生装置，可以通到dds产生任意波形，按照严格的时序产生线性调频信号。通过对各通道的采集数据脉冲压缩，脉压峰值点的对应位置差异即为通道间的时延差异。信号源也可以是频率源，发送具有一定频率间隔的正弦信号，通过多频点的方法求得通道间时延差异。频率间隔要求小步进、大步进间隔的方法，小步进相位不模糊，测量延时精度差。大步进频率测量延时精度高，但相位模糊。通过小步进和大步进频率相结合方法测量系统延时。一般频率源是标准货架产品，校正单机是自研设备，采用频率源能够简化校正系统，缩短研制周期。
6.校正单机与并馈网络组成校正回路，校正单机发送线性调频信号，一个脉冲时序即能采集各通道采样样本，校正单机发送点频信号，若选用三频点测延时，则三个脉冲时序即能采集各通道采样样本。校正单机与串馈网络组成校正回路，由于校正单机能够保证发送信号初相一致，通过校正开关的切换校正通道，保证各通道采集样本与并馈网络的校正样本一致。
7.在使用频率源时，对频率源要求频率可控，且最小步进频率测量的时延范围大于系统时延。由于频率源切换频点初相不一致，行业内多用并馈网络组成校正回路，一个脉冲周期同时采集各通道数据，保证了初相的一致性。
8.而对于大步进的频率源与串馈网络组成的校正网络，存在大步进不能满足步进频率测量时延大于系统时延要求、串馈网络不能满足每次切频点初相一致性要求的问题。因此，需要一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法。


技术实现要素：

9.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法。
10.本发明提出的一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，包括：
11.将频率源以第一频率向各个通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；
12.从各个通道在校正开关打开前后的回波数据中分别提取出各个通道的第一个脉冲回波数据；
13.根据各个通道的第一个脉冲回波数据测量各个通道的粗延时并补偿；
14.在补偿各个通道的粗延时后，利用多频点解模糊方法测量各个通道的精细延时；
15.根据各个通道的粗延时和精细延时，计算各个通道的总延时。
16.进一步地，第一个脉冲回波数据包括回波数据从噪声到连续波的转变。
17.进一步地，根据各个通道的第一个脉冲回波数据计算各个通道的粗延时并补偿，具体包括：
18.对各个通道的第一个脉冲回波数据取模值，得到各个通道的脉冲信号包络数据；
19.根据各个通道的脉冲信号包络数据，计算各个通道间的粗延时；
20.根据各个通道间的粗延时进行补偿。
21.进一步地，在补偿系统的粗延时后，利用多频点解模糊方法测量各个通道的精细延时，具体包括：
22.在补偿系统的粗延时后，将频率源以第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率向各个通道分别发射连续波信号，并在各个频率下将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在各个频率下校正开关打开前后的回波数据；其中，频率步进由小增大，且频率步进为频率源的最小步进或最小步进的整数倍；
23.从各个频率的回波数据中分别提取各个通道各频点的相位，并以第一通道的第一频点的相位为参考，计算其余各个通道各频点的相对相位差；
24.根据其余各个通道各频点的相对相位差，计算其余各个通道的精细延时。
25.进一步地，通道的数量为m个；其中，将频率源以预设的第一频率向各个的通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，具体包括：
26.将频率源以初始频率f0向第k通道发射连续波信号，打开第k校正开关，在以fr上升沿触发第k校正开关，并驻留n个脉冲之后，关闭第k校正开关；其中，k＝1、2、3、
……
、m。
27.进一步地，频点的数量为4个；其中，将频率源以第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率向各个通道分别发射连续波信号，并在各个频率下将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在各个频率下校正开关打开前后的数据，具体包括：
28.将频率源以f0向各个通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；
29.将频率源以f0+δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，δf为该频率源的最小步进；
30.将频率源以f0+m1×
δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，m1为大于1的整数；
31.将频率源以f0+m2×
δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，m2为大于m1的整数。
32.进一步地，m1和m2取值满足多频点测相不模糊。
33.进一步地，第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率是fr的整数倍。
34.本发明中，所提出的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，通过对采集信号的边沿检测，测量各个通道的粗延迟并进行补偿，使得时延残差小于一个采样率周期，能够在使用大步进的频率源进行精细化测量通道间延时，降低了系统对校正频率源频率步进的要求。
附图说明
35.图1为本发明提出的一实施例中的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法的框图。
36.图2为本发明提出的一实施例中的频率源的连续波信号与时序的关系图。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
38.本发明提出的一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，包括：
39.将频率源以第一频率向各个通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；
40.从各个通道在校正开关打开前后的回波数据中分别提取出各个通道的第一个脉冲回波数据；
41.根据各个通道的第一个脉冲回波数据测量各个通道的粗延时并补偿；
42.在补偿各个通道的粗延时后，利用多频点解模糊方法测量各个通道的精细延时；
43.根据各个通道的粗延时和精细延时，计算系统的总延时。
44.本发明通过对采集信号的边沿检测，测量各个通道的粗延迟并进行补偿，使得时延残差小于一个采样率周期，能够在使用大步进的频率源进行精细化测量通道间延时，降低了对校正频率源频率步进的要求。
45.需要知道的是，第一个脉冲回波数据包括回波数据从噪声到连续波的转变；体现了校正开关的开关状态。
46.在本实施例中，通道的数量为m个；其中，将频率源以预设的第一频率向各个的通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，具体包括：
47.将频率源以初始频率f0向第k通道发射连续波信号，打开第k校正开关，在以fr上升沿触发第k校正开关，并驻留n个脉冲之后，关闭第k校正开关；其中，k＝1、2、3、
……
、m。
48.如图1所示，通道的数量为4个；其中，将频率源以预设的第一频率向各个的通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭；具体包括：
49.将频率源以初始频率f0向第一通道发射连续波信号，打开第一校正开关，在以fr上升沿触发第一校正开关，并驻留n个脉冲之后，关闭第一校正开关；
50.将频率源以初始频率f0向第二通道发射连续波信号，打开第二校正开关，在以fr上升沿触发第二校正开关，并驻留n个脉冲之后，关闭第二校正开关；
51.将频率源以初始频率f0向第三通道发射连续波信号，打开第三校正开关，在以fr上
升沿触发第三校正开关，并驻留n个脉冲之后，关闭第三校正开关；
52.将频率源以初始频率f0向第四通道发射连续波信号，打开第四校正开关，在以fr上升沿触发第四校正开关，并驻留n个脉冲之后，关闭第四校正开关。
53.本实施例中通过ad分别采集4个通道在对应的校正打开前后的回波数据。时序关系如图2所示，f0为典型值1mhz，fr为典型值1khz，n为100。图2中的校正开关1表示第一校正开关，校正开关2表示第二校正开关。
54.当然，当通道数为其他时，可依次类推。
55.当然，在具体实施时，需要合理的设置ad采集延时，使驻留的第1个脉冲回波数据能够采到校正开关打开的动作。
56.在本实施例中，根据各个通道的第一个脉冲回波数据计算系统的粗延时并补偿，具体包括：
57.对各个通道的第一个脉冲回波数据取模值，得到各个通道的脉冲信号包络数据；
58.根据各个通道的脉冲信号包络数据，计算各个通道间的粗延时；
59.根据各个通道间的粗延时进行补偿，使各个通道间信号包络对齐。
60.具体地，以信号包络延迟最大的通道为参考，其他通道信号向该通道靠齐。各个通道需要挪采样点依次为ki，ad采样率fs，则各个通道的粗延时ti＝ki/fs，各个通道残余时延小于1/fs。
61.在本实施例中，在补偿各个通道的粗延时后，利用多频点解模糊方法测量各个通道的精细延时，具体包括：
62.在补偿系统的粗延时后，将频率源以第一频率、第二频率、第三频率、第n频率向各个通道分别发射连续波信号，并在各个频率下将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在各个频率下校正开关打开前后的回波数据；其中，频率步进由小增大，且频率步进为频率源的最小步进或最小步进的整数倍；
63.从各个频率的回波数据中分别提取各个通道各频点的相位，并以第一通道的第一频点的相位为参考，计算其余各个通道各频点的相对相位差；
64.根据其余各个通道各频点的相对相位差，计算其余各个通道的精细延时。
65.本实施例通过严格控制时序关系，在同一频点下，保证信号进入不同通道的初相是一致的，通过先遍历校正通道，在切换频点，满足频率源切换频点初相不一致仍能使用相位进行延时测量的要求。而且，使用频率源发送多个点频信号，与对应带宽下的线性调频信号测量精度一致，但采集信号数据量少、计算量少。
66.在其中一个具体地实施例中，通道的数量为4个；将频率源以第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率向各个通道分别发射连续波信号，并在各个频率下将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在各个频率下校正开关打开前后的数据，具体包括：
67.将频率源以f0向各个通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；
68.将频率源以f0+δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，δf为该频率源的最小步进；
69.将频率源以f0+m1×
δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，m1为大于1的整数；
70.将频率源以f0+m2×
δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，m2为大于m1的整数。
71.进一步地，m1和m2取值满足多频点测相不模糊。
72.具体地，m1为4，m2为8。
73.在本实施例中，第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率是fr的整数倍。因此，当频点为4时，f0、f0+δf、f0+m1×
δf、f0+m2×
δf是fr的整数倍。
74.本实施例要求1/δf大于残余时延1/fs，即δf要小于采样率fs。
75.在其中一个具体地实施例中，从各个频率的回波数据中分别提取各个通道各频点的相位，并以第一通道的第一频点的相位为参考，计算其余各个通道各频点的相对相位差，具体包括：
76.从f0、f0+δf、f0+m1×
δf、f0+m2×
δf四种频率的回波数据中，提取各个通道各频点相位，并以第一通道的第一频点的相位为参考，计算其余各个通道各频点的相对相位差。
77.具体地，其余各个通道各频点的相对相位差为其中，表示相位，i表示通道序号，j表示频点序号。
78.其中，以通道2相对于通道1时延为例，根据公式可知，
79.根据最小步进δf计算的延时τ1在经过粗延时的补偿之后，相位差在2π以内，则
80.根据较小步进m1×
δf计算的延时τ2在经过粗延时的补偿之后，产生的2π模糊数num1；
81.则
82.根据较大步进进m2×
δf计算的延时t2，产生的2π模糊数num2，则
83.则
84.在本实施例中，各个通道的总延时为ti+ti；其中，ti表示粗延时，ti表示精细延时，i表示通道序号。
85.例如，通道2相对于通道1的延迟为t2+t2。
86.如若对延时精度要求更高，则不局限四个点频，可选更多频点进行延时测量。
87.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，包括：将频率源以第一频率向各个通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；从各个通道在校正开关打开前后的回波数据中分别提取出各个通道的第一个脉冲回波数据；根据各个通道的第一个脉冲回波数据测量各个通道的粗延时并补偿；在补偿各个通道的粗延时后，利用多频点解模糊方法测量各个通道的精细延时；根据各个通道的粗延时和精细延时，计算各个通道的总延时。2.根据权利要求1所述的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，第一个脉冲回波数据包括回波数据从噪声到连续波的转变。3.根据权利要求2所述的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，根据各个通道的第一个脉冲回波数据计算各个通道的粗延时并补偿，具体包括：对各个通道的第一个脉冲回波数据取模值，得到各个通道的脉冲信号包络数据；根据各个通道的脉冲信号包络数据，计算各个通道间的粗延时；根据各个通道间的粗延时进行补偿。4.根据权利要求1所述的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，在补偿系统的粗延时后，利用多频点解模糊方法测量各个通道的精细延时，具体包括：在补偿系统的粗延时后，将频率源以第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率向各个通道分别发射连续波信号，并在各个频率下将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在各个频率下校正开关打开前后的回波数据；其中，频率步进由小增大，且频率步进为频率源的最小步进或最小步进的整数倍；从各个频率的回波数据中分别提取各个通道各频点的相位，并以第一通道的第一频点的相位为参考，计算其余各个通道各频点的相对相位差；根据其余各个通道各频点的相对相位差，计算其余各个通道的精细延时。5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，通道的数量为m个；其中，将频率源以预设的第一频率向各个的通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，具体包括：将频率源以初始频率f0向第k通道发射连续波信号，打开第k校正开关，在以f
r
上升沿触发第k校正开关，并驻留n个脉冲之后，关闭第k校正开关；其中，k＝1、2、3、
……
、m。6.根据权利要求5所述的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，频点的数量为4个；将频率源以第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率向各个通道分别发射连续波信号，并在各个频率下将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在各个频率下校正开关打开前后的数据，具体包括：将频率源以f0向各个通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；将频率源以f0+δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，δf为该频率源的最小步进；将频率源以f0+m1×
δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，m1为大于1的整数；
将频率源以f0+m2×
δf向各个通道发射连续波，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；其中，m2为大于m1的整数。7.根据权利要求6所述的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，m1和m2取值满足多频点测相不模糊。8.根据权利要求6所述的基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，其特征在于，第一频率、第二频率、第三频率、
……
、第n频率是f
r
的整数倍。

技术总结
本发明公开了一种基于大步进频率源的串馈系统时延测量方法，包括：将频率源以第一频率向各个通道发射连续波信号，将各个通道对应的校正开关依次打开和关闭，并采集各个通道在校正开关打开前后的回波数据；从各个通道的回波数据中分别提取出各个通道的第一个脉冲回波数据；根据各个通道的第一个脉冲回波数据测量各个通道的粗延时并补偿；在补偿各个通道的粗延时后，利用多频点解模糊方法测量各个通道的精细延时；根据各个通道的粗延时和精细延时，计算各个通道的总延时。本发明通过测量各个通道的粗延迟并进行补偿，使得时延残差小于一个采样率周期，能够在使用大步进的频率源进行精细化测量通道间延时，降低了对校正频率源频率步进的要求。频率步进的要求。频率步进的要求。


技术研发人员：朱鹏 谈璐璐 时亚丽 陈焕然 何佳敏 王帅 李孟洋 吴浩 马志娟 桂少婷 符敏
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十八研究所
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/13