基于去斜体制雷达的IQ不平衡补偿方法和系统及存储介质

本发明涉及雷达信号处理，具体涉及一种基于去斜体制雷达的iq不平衡补偿方法和系统及存储介质。

背景技术：

1、线性调频（lfm）去斜体制雷达凭借测距分辨率高、瞬时带宽大、系统硬件架构简洁等优势，广泛应用于毫米波探测、高精度测距、车载感知等领域。随着雷达探测精度需求持续提升，系统射频工作带宽逐步拓展至ghz级别，超宽带信号成为主流工作波形。去斜体制核心原理为：发射宽带线性调频信号，目标回波与本地同步线性调频本振信号完成正交混频去斜处理，将宽带回波转化为窄带差频信号，大幅降低后端模数采样与数字信号处理压力，是大带宽雷达的优选架构。但超宽带场景下，雷达接收通道正交解调链路存在固有iq幅相不平衡缺陷，叠加射频链路宽带幅相失真，会在差频基带引入虚假镜像频率、底噪抬升、测距测角精度劣化等问题，带宽越宽该现象越显著，直接制约雷达动态探测范围与探测精度。

2、对于超宽带 lfm 去斜雷达，不同频点器件幅相偏差存在频域差异性，失真具备频变特性，同时具备时变特性，静态单频点校正无法全带宽适配。当前主流iq不平衡补偿方案分为硬件校正与数字补偿两类。硬件校正依靠高精度移相衰减器件校准通道匹配度，器件成本高、体积大，且器件温漂、老化会导致校正效果失效，无法适配小型化宽带雷达平台；数字补偿凭借软件算法实现失真抵消，是行业主流方向，但现有数字方案存在明显短板：

3、1.传统宽带iq不平衡补偿算法普遍采用复数数字滤波、自适应滤波方案对接收基带信号实施补偿，这类算法仅适用于本振为固定点频的常规超外差雷达系统，该类系统接收基带信号全程保持超宽带特征；但去斜体制雷达经去斜处理后，接收基带转化为窄带信号，且iq失配误差具备显著时变特性，复数数字滤波、自适应滤波类传统算法无法适配该时变失真，补偿效果较差；

4、2.现有校正流程仅针对iq不平衡单一失真开展补偿，未同步处理射频链路宽带幅相失真。超宽带射频通道中，滤波器、放大器、耦合器等器件幅频、相频响应随频率非线性变化，即使消除iq镜像干扰，基带信号仍存在宽带幅相畸变，差频信号频谱畸变会造成目标距离旁瓣抬高、测距精度下降，无法满足高精度探测需求。

5、少量研究提出分步校正思路，但校正逻辑与去斜体制雷达架构适配性差：其一，校正时需要外接标准信号源注入测试信号，无法在设备工作间隙实时校准器件温漂带来的失真；其二，无法分离iq不平衡失真与宽带幅相失真两类误差源，两类失真耦合拟合会造成补偿系数混叠，失真抵消不彻底；其三，全带宽固定补偿系数无法匹配线性调频信号瞬时频率连续变化的特性，补偿精度不足。

6、公开号为cn114142876a的发明公开了一种中频收发联调iq不平衡的校正方法，其通过收发支路互校准的方式补偿 iq 不平衡失真，该方案面向无线通信中频收发场景，适用于收发本振固定的超外差架构；难以直接适配宽带发射－窄带接收的去斜体制雷达的工作特性，若将该方案应用于超宽带信号的 iq 不平衡失真补偿，需要配置高阶数字滤波器组，硬件资源开销较大。公开号为cn122017740a的发明公开了一种双模毫米波雷达通道幅相失真补偿方法，该方案针对毫米波雷达收发通道整体幅 相频率响应失真开展均衡补偿，在发射链路采用宽带数字均衡器，以解决射频链路带来的幅度起伏与相位非线性失真。该方案基于前置线性补偿架构，补偿资源开销大，难以应用于含倍频器的非线性收发系统，补偿方法也不适用于复信号的iq不平衡补偿。本发明主要针对正交解调架构接收支路的复信号iq不平衡问题，基于去斜信号特征开展后置补偿，也适用于含倍频器的非线性收发系统，硬件资源开销低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何有效抑制超宽带去斜体制基带 iq 信号产生的镜像杂散，并完成信号幅相失真修复。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：一种基于去斜体制雷达的iq不平衡补偿方法，包括：

3、s1、获取收发控制参数a并进行解析，生成成对的具有固定频率差的单音校正信号并分别作为发射预驱动信号d和本振预驱动信号m；

4、s2、基于发射预驱动信号d和本振预驱动信号m生成模拟复基带iq信号，从模拟基带iq信号中提取当前频点对应的幅相不平衡值；

5、s3、控制成对单音校正信号的频率按预设步进频步长逐次递增，获得多个频点的幅相不平衡值；

6、s4、对幅相不平衡值进行插值拟合得到多个频点的幅相不平衡拟合值，根据多个频点的幅相不平衡拟合值计算幅相不平衡补偿系数；

7、s5、切换收发控制参数a并进行解析，将发射预驱动信号d和本振预驱动信号m由成对的单音校正信号切换至带有延时差的线性调频信号，使用幅相不平衡补偿系数和对数字基带iq信号进行幅相不平衡补偿，得到iq补偿信号；

8、s6、从iq补偿信号中提取宽带幅相补偿系数，进行幅相均衡，输出去斜补偿信号p。

9、作为进一步优化的技术方案，对参数a进行解析的具体过程包括：

10、对所述收发控制参数a进行解析，得到收发控制参数a中的串行帧，依次提取出发射波形参数、本振波形参数以及闭环校正选择信号，其中所述闭环校正选择信号用于控制校正状态下和正常工作状态下信号流通路径的切换；

11、在系统工作带宽的范围内，以低频端作为工作带宽的起始频率按照设定的步进步长分别对发射波形参数和本振波形参数进行频率步进直至达到步进总次数，生成对应的发射数字信号和数字本振信号，对发射数字信号和数字本振信号分别进行数模转换和变频后，得到所述发射预驱动信号d和本振预驱动信号m。

12、作为进一步优化的技术方案，从模拟基带iq信号中提取当前频点对应的幅相不平衡值，具体过程包括：

13、对所述发射预驱动信号d进行倍频和功率放大后，从放大后的射频发射信号中耦合其中部分信号作为耦合检测信号，另一部分作为发射信号发送至发射天线；

14、对所述本振预驱动信号m进行倍频和正交转换后，生成复本振信号；

15、基于所述闭环校正选择信号，将耦合检测信号作为接收选择信号与复本振信号依次进行正交混频、滤波和放大处理，生成模拟复基带iq信号；

16、对模拟复基带iq信号进行模数转换处理后提取当前频点对应的幅相不平衡值。

17、作为进一步优化的技术方案，所述对模拟复基带iq信号进行模数转换处理后提取当前频点对应的幅相不平衡值，具体过程包括：

18、对模拟复基带信号进行双通道模数转换，得到数字复基带信号；

19、对数字复基带信号进行功率统计，得到自功率信号和互功率信号；

20、基于自功率信号和互功率信号，计算得到幅度不平衡值和相位不平衡值。

21、作为进一步优化的技术方案，所述步骤s3中，控制成对单音校正信号的频率按预设步进频步长逐次递增，获得多个频点的幅相不平衡值，具体过程包括：

22、第+1次频率步进对应的发射波形频率；

23、第+1次频率步进对应的本振波形频率；

24、为第次频率步进对应的发射波形频率，为第次频率步进对应的本振波形频率，为步进频步长；

25、第次步进完成后，获得多个步进频频点的幅相不平衡值，公式表示为：

26、

27、

28、式中，和分别为总共次步进频校正后得到的幅度不平衡值和相位不平衡值。

29、作为进一步优化的技术方案，所述步骤s4中，计算幅相不平衡补偿系数，具体过程包括：

30、对i个步进频频点的幅相不平衡值进行插值拟合，拟合后长度等于数字复基带信号的序列长度，得到幅度不平衡拟合值和相位不平衡拟合值，公式表示为：

31、

32、

33、式中，和分别为幅度不平衡拟合值和相位不平衡拟合值，为线性插值拟合函数；

34、计算幅相不平衡补偿系数，公式表示为：

35、

36、

37、式中，和为幅相不平衡补偿系数，为样本序列计数。

38、作为进一步优化的技术方案，所述步骤s5中，切换收发控制参数a，将发射预驱动信号d和本振预驱动信号m由成对的单音校正信号切换至带有延时差的线性调频信号具体过程包括：

39、切换所述收发控制参数a，将发射波形样式和本振波形样式由单音切换成线性调频，校正处理器1对收发控制参数a进行解析，生成带有延时差的线性调频信号作为新的发射预驱动信号d’和本振预驱动信号m’，公式表示为：

40、

41、

42、式中，和分别作为新的发射预驱动信号d’和本振预驱动信号e’，为载波频率，为时间，为与典型目标探测距离相对应的时间偏移，为调制斜率；

43、步骤s5中，使用幅相不平衡补偿系数和对数字基带iq信号进行幅相不平衡补偿，得到iq补偿信号，公式表示为：

44、

45、式中，为iq补偿信号，为取共轭函数，为完成次频率步进校正后收到的数字复基带信号，为样本序列计数。

46、作为进一步优化的技术方案，所述步骤s6中，从iq补偿信号中提取宽带幅相补偿系数，进行幅相均衡，输出去斜补偿信号p，具体过程包括：

47、对iq补偿信号进行单音信号拟合，得到单音拟合幅相参数；

48、基于单音拟合幅相参数重构出理想的单音重构序列；

49、比较iq补偿信号与单音重构序列的差异，得到宽带幅相补偿系数；

50、使用宽带幅相补偿系数对系统处于正常工作模式下的iq补偿信号进行时域逐点修正，得到去斜补偿信号p。

51、本发明还提供一种基于去斜体制雷达的iq不平衡补偿系统，包括：

52、解析模块，用于获取收发控制参数a并进行解析，生成成对的具有固定频率差的单音校正信号并分别作为发射预驱动信号d和本振预驱动信号m；

53、幅相不平衡值获取模块，用于基于发射预驱动信号d和本振预驱动信号m生成模拟复基带iq信号，从模拟基带iq信号中提取当前频点对应的幅相不平衡值；

54、多个频点的幅相不平衡值获取模块，用于控制成对单音校正信号的频率按预设步进频步长逐次递增，获得多个频点的幅相不平衡值；

55、幅相不平衡补偿系数计算模块，用于对幅相不平衡值进行插值拟合得到多个频点的幅相不平衡拟合值，根据多个频点的幅相不平衡拟合值计算幅相不平衡补偿系数；

56、补偿模块，用于切换收发控制参数a并进行解析，将发射预驱动信号d和本振预驱动信号m由成对的单音校正信号切换至带有延时差的线性调频信号，使用幅相不平衡补偿系数对数字基带iq信号进行幅相不平衡补偿，得到iq补偿信号；

57、均衡模块，用于从iq补偿信号k中提取宽带幅相补偿系数，进行幅相均衡，输出去斜补偿信号p。

58、其中各模块中执行的步骤同上述基于去斜体制雷达的iq不平衡补偿方法。

59、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上任一方案所述的基于去斜体制雷达的iq不平衡补偿方法。

60、本发明的优点在于：

61、（1）本发明采用步进频采样插值拟合的时变窄带补偿方案，替代传统全域宽带iq补偿算法，有效降低运算量与硬件资源消耗。传统宽带补偿需对全带宽频点逐一求解补偿矩阵，复数迭代运算开销大，不利于雷达小型化低功耗实现。本发明仅采集有限步进频点的iq失配数据，经线性插值生成时域补偿系数，无需复杂矩阵运算；同时结合去斜体制基带窄带特性，采用时变补偿匹配线性调频信号瞬时频变带来的iq失衡，在满足镜像抑制指标的同时大幅减轻数字处理负载，适配ghz级超宽带雷达实时校正需求。

62、（2）本发明设计步进频校正、线性调频均衡两级联合校正架构，可分步分离消除iq不平衡失真与射频宽带幅相失真，同步改善两类耦合畸变。现有校正手段大多仅单一补偿iq镜像杂散，忽略超宽带射频器件引入的幅频、相频非线性失真，两种误差相互叠加，易造成频谱畸变、测距旁瓣抬升、信噪比恶化。本发明先通过成对步进单音信号提取全带宽iq不平衡参数，生成补偿系数抑制镜像分量；再切换线性调频波形，基于校正后iq信号拟合理想序列求解宽带均衡系数，逐点修正通道幅相偏差，两类失真独立校准互不干扰，大幅提升基带信号完整度与探测精度。

63、（3）本发明支持整机闭环在线自校正，环境适应性与工程实用性更强。本发明依托发射耦合器提取校正信号，通过接收机开关切换校正通路与回波接收通路，无需外接信号源即可自主校准，设备可在待机间隙自动校正温漂、器件老化带来的通道特性偏移。传统方案多为出厂离线标定，长期工作后校正效果持续衰减；本发明双路波形产生器分时输出校正波形与工作波形，校正流程与探测流程无缝兼容，无需额外高精度射频校准器件，依靠纯数字算法完成失真补偿，在控制整机成本与体积的同时，保障复杂工况下长期稳定的校正性能。

64、相对于公开号为cn 122017740 a的现有文献：该现有文献中不存在提取幅相不平衡值，其提取的是宽带幅相失真，两者计算方法完全不同，且该现有文献是对宽带幅相失真进行插值拟合，本发明是对幅相不平衡值进行插值拟合，该现有文献中计算宽带幅相均衡系数的算法与本发明计算幅相不平衡补偿系数的算法完全不同，重要的是，该现有文献中实现不了幅相不平衡补偿，且该现有文献采用的是基于均衡滤波器的前置幅相补偿，本发明在完成幅相不平衡补偿的基础上还实现了基于逐点幅相修正的后置幅相补偿，简化了幅相补偿复杂度。

65、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。