一种基于幅相校正的5G外辐射源雷达多通道数字合成方法

本发明涉及外辐射源雷达，尤其涉及一种基于幅相校正的5g外辐射源雷达多通道数字合成方法。

背景技术：

1、外辐射源雷达是一种新体制雷达，外辐射源雷达自身不向外辐射电磁波能量，而是利用空间存在信号(如电视台、gps卫星、5g信号等)作为照射源，依靠被动接收目标的反射信号来实现目标探测。随着5g(第五代移动通信技术)成为主流通信信号，基于5g基站的外辐射源目标定位成为重要研究方向。

2、在外辐射源雷达中，使用接收天线接收回波信号，采用单通道采集，分辨率较低，不能准确的检测和定位目标，同时噪声较多，为了提高目标检测的灵敏度和准确性，通过结合来自不同通道的信息，可以减少虚警并提高目标和探测概率。而在多通道多天线外辐射源雷达系统中，多芯片本振锁定时存在相位差，且在射频、模数转换等处理及天线加工时存在误差，因此多通道多天线间存在幅相误差，降低了采集到的目标回波信号强度，需要采用新的方法校正多通道采集的5g信号幅相并合成，提高检测概率。

3、与现有技术相比：

4、与专利cn116718989a“一种大尺度天线外辐射源雷达杂波对消与目标检测方法”的技术对比；

5、专利cn116718989a中采用的是对导航卫星信号进行捕获与码环跟踪，而我们采用的是5g通信信号作为外辐射源，利用信号互相关运算从复杂噪声环境中提取出5g信号中的同步信号块部分，先根据采集的5g直达波信号的获取先验信息，包括同步信号块(ssb)的传输模式、波束个数、占用的资源块(rb)数量、子载波间隔、ofdm符号的长度、ofdm符号的循环前缀长度等。

6、专利cn102572970a中采用的是通过构建双通道补偿函数，并与keystone变换相结合，避免了求取补偿因子的复杂矩阵运算，一次性校正距离走动和杂波相位差，而本研究是两次校正多通道采集5g回波信号幅度和相位方法，将各个通道采集到的5g信号与本地生成的参考信号即同步信号块进行滑动互相关运算，利用各通道与参考通道在多个同步信号块周期内峰值点的相位差与幅值差，通过对相位差与幅值差求平均得到信号采集时刻各通道幅值和相位初步校准系数，之后对幅值和相位初步校准系数分别在设置的区间内做调整，通过控制各接收通道校正前后信号均方误差达到最小得到优化后的通道校准系数。

7、与专利cn105093191a“外辐射源雷达直达波恢复方法”的技术对比；

8、一、专利cn105093191a中采用的是针对每一分集通道的分集信号采用一路均衡器进行处理，从而得到多路均衡器输出信号，将多路均衡器输出信号进行求和，得到直达波信号，而本研究采用的是将通道采集的5g回波信号的幅度相位进行初步校准，再利用区间调整，使得均方误差最小的优化后的校准系数进行校准，将各个通道校准完成后的数据进行数字合成。

9、二、专利cn105093191a中采用直达波信号计算得到误差项，并计算误差项的均方误差，判断均方误差是否小于预设门限，而本研究是由于5g信号为不连续传输，在计算信号误差时设置信号门限，若超过门限则参与误差计算，以此来减少噪声的影响，之后再求误差信号的最小均方误差，来找到最优校准系数。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于幅相校正的5g外辐射源雷达多通道数字合成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为达到上述目的，本发明一种基于幅相校正的5g外辐射源雷达多通道数字合成方法，包括如下方法步骤：

3、s1、根据采集的5g直达波信号的先验信息，生成本地参考信号，具体为同步信号块ssb；

4、s2、各通道信号粗同步后，将各个通道采集到的5g信号与本地生成的参考信号即同步信号块进行滑动互相关运算，并通过最大似然判断找到各通道信号与本地参考信号互相关结果的峰值点；

5、s3、选取第一个通道作为参考通道，求各通道与参考通道在多个同步信号块周期内峰值点的相位差与幅值差；

6、s4、通过对相位差与幅值差求平均得到信号采集时刻各通道幅值和相位初步校准系数；

7、s5、对幅值和相位初步校准系数分别在设置的区间内做调整，通过控制各接收通道校正前后信号均方误差达到最小得到优化后的通道校准系数；

8、s6、根据优化后的通道校准系数对各通道的幅值相位差进行补偿，实现接收通道校正；

9、s7、将各个通道校正完成后的数据进行数字合成。

10、进一步，所述s2包括，根据采集到的5g直达波信号的先验信息生成本地参考信号x(n)并进行信号粗同步后，将各个通道采集到的5g信号yi(n)与本地信号x(n)进行互相关运算，其表达式为：

11、

12、其中，ri(m)表示第i个通道采集的5g信号与本地信号互相关得到的结果，m表示选取的滑动窗宽度，n为通道采集到的5g信号的采样点数；

13、然后通过最大似然判断找到各通道互相关结果的峰值点，其表达式为：

14、(pi,xi)＝argmax(ri(m))

15、其中，第i个通道互相关结果的峰值点为pi，第i个通道互相关结果峰值点的横坐标值为xi。

16、进一步，所述s3包括，每个通道截取等段信号，选取第一个通道作为参考通道，求每个通道截取信号与本地信号互相关后的峰值数，求各通道与参考通道的峰值点的相位差与幅值差，其表达式为：

17、

18、其中，k为截取信号与本地信号互相关后的峰值总数，θ1(k)为第一个接收通道即参考通道的峰值点的相位，θi(k)为第i个接收通道的峰值点的相位，δθ1i(k)为第i个通道与参考通道的峰值点的相位差，p1(k)为参考通道的峰值点的幅值，pi(k)为第i通道的峰值点的幅值，δp1i(k)为第i个通道与参考通道的峰值点的幅度差比值；

19、通过对各通道与参考通道的峰值点的幅度差与相位差取平均值得到平均幅度值差与平均相位差其表达式为：

20、

21、其中，δθ1i(k)为第i个通道与参考通道的峰值点的相位差，δp1i(k)为第i个通道与参考通道的峰值点的幅度差比值，k为截取信号与本地信号互相关后的峰值数。

22、进一步，所述s4包括，通过求相位差与幅值差的平均值得到第i接收通道的初步校准系数ci，其表达式为：

23、

24、其中，为平均幅度值差比值，为平均相位差。

25、进一步，所述s5包括，对幅值和相位初步校准系数分别在设置的区间内做调整，通过控制校正前后信号均方误差达到最小得到优化后的通道校准系数，优化后校准系数ci的表达式为：

26、

27、其中，padj_i为第i个接收通道调整的幅值，θadj_i为第i个接收通道调整的相位，两者需满足在设定步长与范围的区间内；

28、校正信号误差由校准后的信号与参考信号相减得到，由于5g信号为不连续传输，在计算信号误差时需设置信号门限，信号强度超过门限则参与误差计算，否则该采样点时刻误差为0，从而减少噪声的影响，第i个通道的校正信号误差ei(n)表达式为：

29、

30、其中，y1(n)为参考通道接收信号，ci为调整后的第i个通道的校准系数，yth为信号门限，则信号均方误差的表达式为：

31、

32、其中，ei(n)为第i通道校准后信号与参考通道信号的误差，n为每个接收通道信号采样点数；

33、在调整区间分别计算不同校正系数对通道信号校正前后的均方误差，当均方误差达到最小时对应的通道校准系数即为优化后的通道校准系数。

34、本发明涉及外辐射源雷达技术领域，具体是一种基于幅相校正的5g外辐射源雷达多通道数字合成方法，具体步骤如下：s1、根据采集的5g直达波信号信息生成本地参考信号；s2、将各通道采集的5g目标回波信号与本地信号进行互相关运算，并通过最大似然判断找到各通道互相关结果的峰值点；s3、选取第一个通道作为参考通道，求各通道与参考通道在多个同步信号块周期内峰值点的相位差与幅值差；s4、通过对相位差与幅值差求平均得到信号采集时刻各通道幅值和相位初步校准系数；s5、根据校正前后信号最小均方误差在调整区间内优化校准系数；s6、对各通道的幅值相位差进行补偿；s7、对多通道数据进行数字合成。本方法通过互相关运算得到各通道采集到的5g信号幅度与相位初步校准系数并根据均方误差优化校准系数，利用通道校准后的数据进行数字合成，提高了目标回波信号的强度，利于进一步探测目标。