本发明专利技术涉及一种基于一维旋转的相控阵幅相误差近场校准方法，包含：S1、搭建相控阵幅相误差的测试系统，将相控阵天线固定在初始旋转角度，测量校准源及参考阵元的初始位置；S2、测量相控阵天线的接收通道幅度信息和相位测量信息；S3、测量相控阵天线的发射通道幅度信息和相位测量信息；S4、是否完成所有预定旋转角度的测量；如是，执行S5；如否，将相控阵天线旋转至预定的其他旋转角度，执行S2和S3；S5、计算相控阵幅度误差的校准值；S6、通过最优化原理计算校准源以及参考阵元的初始位置；S7、计算相控阵相位误差的校准值。本发明专利技术只需满足相控阵天线中单个天线单元的远场条件，校准方法简单，可操作性强，测量精度较高，易于工程实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于雷达领域。
技术介绍
相控阵幅相误差对于相控阵天线性能的影响是多方面的。为了减小影响，需要对 相控阵幅相误差进行校准，而学者们对此进行了大量卓有成效的工作并取得了丰富的研究 成果。相控阵幅相误差的校准方法主要分为内校准法和外校准法。而外校准法则分为远场 校准法和平面近场校准法两种。 内校准法是在相控阵天线系统内利用附加设备，如设置开关矩阵、行波馈电网络 等实现校准，其在技术上是一种传统的、较为成熟的方法。例如，申请号为201510263339. 5 的中国专利所公开的一种非相参校正相控阵系统及方法，该专利解决了非相参设计中的校 正功能实现，设计了频率源分置的设计体制，降低了现有技术的复杂性，方便了小型化和集 成化。另外，公开号为CN104330777A的中国专利所公开的一种有源相控阵雷达的收发通道 自校准方法，该专利利用输入输出信号耦合电路收发通道，利用多路功分电路将多个收发 通道耦合信号合并成一路，实现有源相控阵的每个收发通道在线单独校准。概括来说，内校 准法的优点是能实现在线校准，校准速度快、技术成熟、可靠性高、性能稳定、校准精确度较 高。但内校准法的校准结果不包括天线单元自身的幅相误差，并且该方法需要做一个专门 的校准矩阵网络，其系统复杂、设备量大、成本高，会给相控阵的电磁兼容性设计和结构设 计带来了一定的难度。 远场校准法需要在相控阵天线的远场设置一个或多个辅助校准源，然后从辅助校 准源获得校准信号或者发射校准信号，稳定的相参信号经过各通道之后，改变后的幅相信 息能够被采集到，从而得到相控阵幅相误差数据。例如，申请号为201410631380. 9的中国 专利所公开的一种相控阵雷达发射通道远场校准方法及系统，该专利在远场架设两个天 线，在雷达阵面旁边安装一个辅助天线，用于接收远场第二个天线发射回来的信号，通过控 制发射组件的移相器，使其按照相位修正量进行相移，以此实现发射通道远场校准。概括来 说，远场校准法的优点是所需系统设备量较少，结构简单，能有效地降低雷达成本，同时考 虑到了天线单元自身的幅相误差，校准后的幅相值更接近真实值。但远场校准法的远场条 件限制对校准场地提出了较高要求，特别是频段较高，阵面较大的相控阵天线很难满足远 场校准法的远场条件。 平面近场校准法作为一种现代天线测量的重要手段，其理论日趋成熟，应用也日 益广泛。通过平面近场测量能反演出相控阵天线的口径场分布，故能利用其进行天线的诊 断，同时得到所有阵元的初始幅相信息，用来对各阵元通道进行幅相误差校准。例如，公开 号为CN103616569A的中国专利所公开的一种毫米波平面近场测试相位修正方法，该专利 通过记录扫描面上指定的采样点位置及在该位置下的采样数据来建立采样点对应的相位 漂移和时间的函数关系，通过插值的方式实现对整个扫描面数据的相位补偿。与传统的远 场校准法相比，平面近场校准法具有测量精度高、不易受到外界电磁环境的干扰、能全天候 工作、保密性高等优点。但平面近场校准法需要专用的天线近场测量系统和测试场地，通用 性不尚。 基于上述，目前亟需提出一种能够避免现有技术中不足之处的相控阵幅相误差的 校准方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，只需 满足相控阵天线中单个天线单元的远场条件，不需要设置专门的校准矩阵网络或者复杂的 近场测量设备，校准方法简单，可操作性强，测量精度较高，易于工程实现。 为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于一维旋转的相控阵幅相误差近场校准方 法，包含以下步骤： S1、搭建相控阵天线的相控阵幅相误差的测试系统，将相控阵天线固定在预定的 初始旋转角度，初步测量校准源以及相控阵天线的参考阵元在柱面坐标系中的初始位置； S2、测试系统测量相控阵天线的接收通道幅度信息和相位测量信息； S3、测试系统测量相控阵天线的发射通道幅度信息和相位测量信息； S4、判断是否已经完成了对相控阵天线的所有预定旋转角度的测量；如是，则继续 执行S5 ;如否，则将相控阵天线旋转至预定的其他旋转角度后，返回执行S2和S3 ; S5、计算相控阵幅度误差的校准值； S6、通过最优化原理计算校准源以及相控阵天线的参考阵元在柱面坐标系中的初 始位置； S7、计算相控阵相位误差的校准值。 所述的S1中，具体包含以下步骤： S11、搭建相控阵天线的相控阵幅相误差的测试系统；该测试系统包含： 相控阵天线，其包含天线阵面、和差网络、TR组件和波控机； 一维旋转机构，所述的相控阵天线通过固定装置设置在该一维旋转机构上； 测控设备，其通过旋转控制电缆与一维旋转机构连接，通过控制一维旋转机构来 控制相控阵天线的天线阵面转动；该测控设备还通过相控阵天线控制电缆与相控阵天线的 波控机连接，通过控制波控机来控制相控阵天线的TR组件的接收和发射通道； 校准天线，其与相控阵天线相对设置，且与相控阵天线之间间隔一定距离； 功率放大器，其与校准天线连接； 网络分析仪，其通过网络分析仪控制电缆与测控设备连接；该网络分析仪的第一 端口与功率放大器连接，该网络分析仪的第二端口与相控阵天线的和差网络和路端口连 接； S12、保持设置在一维旋转机构上的相控阵天线固定不动，其预定的初始旋转角度 为Θ i，以相控阵天线的第1个天线阵元为参考阵元，初步测量校准源在柱面坐标系中的初 始位置为（r。，0。，^)，参考阵元在柱面坐标系中的初始位置为（r"f, 0raf，Zraf); S13、根据相控阵天线的尺寸结构以及天线阵面的安装位置，确定相控阵天线的其 他各个天线阵元相对参考阵元的初始位置矢量为： An,, = (At\n, Αθλη, Αζ?η)； n = 2,3，."，N; 其中，n为相控阵天线的其他各个天线阵元的阵元号，N为相控阵天线的天线阵元 总数。 所述的S12中，柱面坐标系（r，θ，z)与测试系统的直角坐标系（X，y，z)之间的转 换关系为： .t = r cos Θ { i' = r-sint? :; ? 二 Z 其中，所述的测试系统的直角坐标系（x，y，z)以一维旋转机构的旋转轴与相控阵 天线的天线阵面的交点为直角坐标系的原点〇 ;以一维旋转机构的旋转轴为z轴，向上为 正；以一维旋转机构的旋转轴的垂面为x〇y平面；以天线阵面与x〇y平面的交线为y轴；根 据已经确定的Z轴和y轴，按照右手定理确定X轴。 当天线阵面的安装位置与一维旋转机构的旋转轴平行时，则确定一维旋转机构的 旋转轴上的任一点为测试系统的直角坐标系的原点。 所述的S2中，功率放大器的输出端连接校准天线；具体包含以下步骤： S21、测控设备通过网络分析仪控制电缆控制网络分析仪产生第一参考信号，其经 由网络分析仪的第一端口传输至功率放大器，被功率放大器放大后通过校准天线发射； S22、在S21进行的过程中，测控设备通过波控机控制相控阵天线的TR组件的各个 接收通道依次打开，且每次只打开TR组件中的一个接收通道； 其中，TR组件的每个接收通道分别--对应相控阵天线的各个天线阵元，因此，TR 组件共有N个接收通道，且将其中第1个接收通道作为参考接收通道，其他各个接收通道的 通道号可用η表示，η = 2, 3,…，N ; S23、在TR组件的各个接收通道单独打开时，分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于一维旋转的相控阵幅相误差近场校准方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、搭建相控阵天线的相控阵幅相误差的测试系统，将相控阵天线固定在预定的初始旋转角度，初步测量校准源以及相控阵天线的参考阵元在柱面坐标系中的初始位置；S2、测试系统测量相控阵天线的接收通道幅度信息和相位测量信息；S3、测试系统测量相控阵天线的发射通道幅度信息和相位测量信息；S4、判断是否已经完成了对相控阵天线的所有预定旋转角度的测量；如是，则继续执行S5；如否，则将相控阵天线旋转至预定的其他旋转角度后，返回执行S2和S3；S5、计算相控阵幅度误差的校准值；S6、通过最优化原理计算校准源以及相控阵天线的参考阵元在柱面坐标系中的初始位置；S7、计算相控阵相位误差的校准值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，吉峰，赵学州，邹波，雷威，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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