一种干涉仪温变误差的热真空标校系统及标校方法技术方案

一种干涉仪温变误差的热真空标校系统及标校方法，用于热真空环境下对干涉仪通道间相位差进行温漂标定，该系统克服了星载干涉仪在轨工作时，角度测量结果受环境温度变化影响的问题，能够在地面完成对干涉仪测角系统温变误差的离线标定并完成系统校正，能够在不同温度环境下通过返算温度数据进行相位差校正，计算精度高，校正效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种干涉仪温变误差的热真空标校系统及标校方法
本专利技术涉及一种干涉仪温变误差的热真空标校系统及标校方法，属于干涉仪标定领域。
技术介绍
干涉仪系统在工作时，各接收天线的波导馈线网络的通道相位会随环境温度的变化进行漂移，相位漂移量耦合到角度测量结果，影响角度测量精度，因此必须进行各通道间相位差的漂移标定及校准，对线馈线网络的温变特性进行标定，在现有技术中，干涉仪标校主要有：北京理工大学吴嗣亮教授等发表的文章《干涉仪宽带实时校准方法研究》提到，采用增加辅助校准设备如引入校准通道等，实现对通道进行实时校准；中国西南电子研究所的文章《改进的干涉仪测向相位一致性校正技术》提到，增加了一个自检源，通过实时校正解决了温度、振动等环境条件改变引入的相位不一致性误差；中国航天科工集团二院25研究所的文章《一种宽带雷达幅相误差分析与校正方法》针对接收通道幅相不一致性及正交通道误差对系统性能的影响，进行了分析研究，并未提到天线馈线；国电子科技集团38研究所的专利《反射面干涉仪的测试及校正装置及方法》(申请号201610209550.3，在审)提到，利用矢网在暗室中对干涉仪的各通道相位进行标校。该专利技术提出了一种反射面干涉仪的测试及校正装置及方法，待测的反射面干涉仪安装于接收高台上；发射高台位于反射面天线的反射面波束指向方向上，在发射高台上安装喇叭，喇叭与反射面天线相对设置；在测试前，矢量网络分析仪第一端口通过电缆连接喇叭，第二端口通过电缆连接干涉仪第一个通道，以矢量网络分析仪的传输数据对矢量网络分析仪的传输特性进行校准。再将与第二端口相连的电缆与干涉仪的其他接收通道相连，根据基准通道的传输相位特性对其他接收通道的传输相位特性进行校正；航天科技集团第五研究院西安分院的专利《一种干涉仪阵列综合校准方法》(专利号ZL201410513334.9)提供一种干涉仪阵列综合校准方法。首先将目标信号初始入射方向、加工安装综合误差和馈线通道综合误差同时参数化，其次按照已知轨迹转动天线阵获取测量方程组，然后通过参数估计获取误差参数及入射信号方向，最后将误差参数修正入干涉测角公式，通过迭代技术得到精密校准后的角度。可见，目前针对干涉仪测向系统的标定校准方法主要有两类：1).对干涉仪整体进行校准，对阵元安装误差、通道相差等进行综合校正，该方法要求低电磁干扰，一般在暗室中进行，只能进行常温校准，对工作温度变化时传输通道相差的变化引入的测角误差不能进行校准，2).引入校准通道，对接收通道的温度变化特性进行在线实时检测校准，操作步骤复杂，精度低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，对工作温度变化时传输通道相差的变化引入的待标定天线测角误差不能进行校准的问题，提出了一种干涉仪温变误差的热真空标校系统及标校方法。本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，包括信号源模块、待标定天线模块、辅助传输模块、干涉测角模块、数据采集处理模块，其中：信号源模块：生成无线校准信号并发送至待标定天线模块；待标定天线模块：包括N个待标定天线，对信号源模块发送的无线校准信号进行多路分时接收，并将N个待标定天线接收无线校准信号后生成的N路电波信号合成为一路合成校准信号，并发送至干涉测角模块，其中，N为正整数；辅助传输模块：为信号源模块发送的无线校准信号提供信号传输通道；干涉测角模块：接收待标定天线模块发送的一路合成校准信号，并对该信号进行信号复现，提取复现后N路电波信号的相位差，并根据所得相位差数据计算无线校准信号入射方位角、俯仰角，将计算所得角度数据及相位差数据发送至数据采集处理模块；同时接收数据采集处理模块返送的温度校准数据，并根据该数据对不同温度条件下的相位差进行校准；数据采集处理模块：接收干涉测角模块发送的相位差数据、角度数据，获取温度校准数据，并返送温度校准数据至干涉测角模块。所述信号源模块包括信号源、发射天线；信号源：生成无线校准信号并通过穿舱射频电缆传输至发射天线；发射天线：接收信号源传输的无线校准信号并发送至待标定天线模块。所述待标定天线模块包括N个待标定天线、PIN开关；PIN开关：将N个待标定天线生成的N路电波信号进行分时切换，同时合并为一路合成校准信号。所述待标定天线数量为5个，分别为测角天线1～5，所述测角天线3安装于发射天线正前方，测角天线2安装于测角天线3正下方，测角天线1安装于测角天线2正下方，测角天线4安装于测角天线3左侧，测角天线5安装于测角天线4左侧，测角天线1、2、3组成俯仰基线，测角天线3、4、5组成方位基线，两条基线整体构成L型直角接收阵面，发射天线与测角天线3连线与测角天线1、2、3组成的基线、测角天线3、4、5组成的基线角度均为45度。所述干涉测角模块根据相位差计算信号入射的方位角和俯仰角的干涉测角公式如下：D*sin(theta)/lambta＝dphase/(2*pi)；式中，D为测角天线间距；计算俯仰角时，D为测角天线1和测角天线3的间距，计算方位角时，D为测角天线3和测角天线5的间距；theta为入射角，计算俯仰角时，theta为入射信号和方位平面的夹角；计算方位角时，theta为入射信号在方位平面的投影和天线面板法线的夹角，其中，方位平面由天线面板法线和测角天线3、5的连线构成；lambta为入射信号波长，dphase接收信号的相位差。所述数据采集处理模块根据相位差数据、角度数据计算待返送的温度校准数据，具体如下：(1)计算常温T0状态下6路信号真空和常压状态的相位差校正量p_i(T0)，i＝1,2,3,4,5,6，分别代表测角天线3与测角天线4的相位差、测角天线3与测角天线5的相位差、测角天线5与测角天线4的相位差、测角天线3与测角天线1的相位差、测角天线3与测角天线2的相位差、测角天线1与测角天线2的相位差，计算公式如下：p_i(T0)＝aa_i(T0)–bb_i(T0)式中，aa_i(T0)为测得常温常压各路信号相位差，bb_i(T0)为测得常温真空各路信号相位差；(2)以常温T0为基准，计算相位差温漂值q_i(T)，计算公式如下：q_i(T)＝cc_i(T)+p_i(T0)式中，cc_i(T)为测得真空下各路信号相位差的温变值；(3)对各路相位差温漂值q_i(T)进行多项式拟合，获取温漂规律系数ai，bi和ci，计算公式如下：q_i(ΔT)＝ai*ΔT^2+bi*ΔT+ci其中ΔT＝T-T0，代表温度偏移值，q_i(T)为温度偏移时相位差温漂值；ai、bi、ci为第i路相位差温漂规律多项式拟合的系数；(4)将步骤(1)、步骤(3)所有数据作为温度校准数据进行返送，通过数据采集处理模块返送至干涉测角模块。所述干涉测角模块根据数据采集处理模块返送的温度校准数据进行相位差校准，具体如下：(1)对干涉测角模块实时提取的相位差进行常温零值校准，计算公式如下：w_i＝cc_i(T)–kk_i；其中kk_i为在暗室中获取的各路相位差校正量，w_i为去除常温常压零值后的各路相位差；(2)计算相位差温漂校正量x_i(ΔT)，计算公式如下：x_i(ΔT)＝ai*ΔT^2+bi*ΔT+ci-p_i(T0)(3)校正后相位差的计算公式如下：y_i＝w_i–x_i(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，其特征在于：包括信号源模块、待标定天线模块、辅助传输模块、干涉测角模块、数据采集处理模块，其中：信号源模块：生成无线校准信号并发送至待标定天线模块；待标定天线模块：包括N个待标定天线，对信号源模块发送的无线校准信号进行多路分时接收，并将N个待标定天线接收无线校准信号后生成的N路电波信号合成为一路合成校准信号，并发送至干涉测角模块，其中，N为奇数；辅助传输模块：为信号源模块发送的无线校准信号提供信号传输通道；干涉测角模块：接收待标定天线模块发送的一路合成校准信号，并对该信号进行信号复现，提取复现后N路电波信号的相位差，并根据所得相位差数据计算无线校准信号入射方位角、俯仰角，将计算所得角度数据及相位差数据发送至数据采集处理模块；同时接收数据采集处理模块返送的温度校准数据，并根据该数据对不同温度条件下的相位差进行校准；数据采集处理模块：接收干涉测角模块发送的相位差数据、角度数据，获取温度校准数据，并返送温度校准数据至干涉测角模块。

【技术特征摘要】
1.一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，其特征在于：包括信号源模块、待标定天线模块、辅助传输模块、干涉测角模块、数据采集处理模块，其中：信号源模块：生成无线校准信号并发送至待标定天线模块；待标定天线模块：包括N个待标定天线，对信号源模块发送的无线校准信号进行多路分时接收，并将N个待标定天线接收无线校准信号后生成的N路电波信号合成为一路合成校准信号，并发送至干涉测角模块，其中，N为奇数；辅助传输模块：为信号源模块发送的无线校准信号提供信号传输通道；干涉测角模块：接收待标定天线模块发送的一路合成校准信号，并对该信号进行信号复现，提取复现后N路电波信号的相位差，并根据所得相位差数据计算无线校准信号入射方位角、俯仰角，将计算所得角度数据及相位差数据发送至数据采集处理模块；同时接收数据采集处理模块返送的温度校准数据，并根据该数据对不同温度条件下的相位差进行校准；数据采集处理模块：接收干涉测角模块发送的相位差数据、角度数据，获取温度校准数据，并返送温度校准数据至干涉测角模块。2.根据权利要求1所述的一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，其特征在于：所述信号源模块包括信号源、发射天线；信号源：生成无线校准信号并通过穿舱射频电缆传输至发射天线；发射天线：接收信号源传输的无线校准信号并发送至待标定天线模块。3.根据权利要求2所述的一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，其特征在于：所述待标定天线模块包括N个待标定天线、PIN开关；PIN开关：将N个待标定天线生成的N路电波信号进行分时切换，同时合并为一路合成校准信号。4.根据权利要求3所述的一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，其特征在于：所述待标定天线数量为5个，分别为测角天线1～5，所述测角天线3安装于发射天线正前方，测角天线2安装于测角天线3正下方，测角天线1安装于测角天线2正下方，测角天线4安装于测角天线3左侧，测角天线5安装于测角天线4左侧，测角天线1、2、3组成俯仰基线，测角天线3、4、5组成方位基线，两条基线整体构成L型直角接收阵面，发射天线与测角天线3连线与测角天线1、2、3组成的基线、测角天线3、4、5组成的基线角度均为45度。5.根据权利要求4所述的一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，其特征在于：所述干涉测角模块根据相位差计算信号入射的方位角和俯仰角的干涉测角公式如下：D*sin(theta)/lambta＝dphase/(2*pi)；式中，D为测角天线间距；计算俯仰角时，D为测角天线1和测角天线3的间距，计算方位角时，D为测角天线3和测角天线5的间距；theta为入射角，计算俯仰角时，theta为入射信号和方位平面的夹角；计算方位角时，theta为入射信号在方位平面的投影和天线面板法线的夹角，其中，方位平面由天线面板法线和测角天线3、5的连线构成；lambta为入射信号波长，dphase接收信号的相位差。6.根据权利要求5所述的一种干涉仪温变误差的热真空标校系统，其特征在于：所述数据采集处理模块根据相位差数据、角度数据计算待返送的温度校准数据，具体如下：(1)计算常温T0状态下6路信号真空和常压状态的相位差校正量p_i(T0)，i＝1,2,3,4,5,6，分别代表测角天线3与测角天线4的相位差、测角天线3与测角天线5的相位差、测角天线5与测角天线4的相位差、测角天线3与测角天线1的相位差、测角天线3与测角天线2的相位差、测角天线1与测角天线2的相位差，计算公式如下：p_i(T0)＝aa_i(T0)–bb_i(T0)式中，aa_i(T0)为测得常温常压各路信号相位差，bb_i(T0)为测得常温真空各路信号相位差；(2)以常温T0为基准，计算相位差温漂值q_i(T)，计算公式如下：q_i(T)＝cc_i(T)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞强，钟兴旺，张明涛，张文会，王登峰，陈素芳，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61