一种数字阵实时校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种数字阵实时校准装置及方法，属于雷达技术领域，装置包括数字阵天线、校准组件、收发组件、耦合校准馈电网络、和数据处理组件；数据处理组件控制校准组件产生接收校准信号，经过耦合校准馈电网络、数字阵天线、收发组件得到接收校准数据；数据处理组件控制收发组件产生发射校准信号，经过数字阵天线、耦合校准馈电网络、校准组件得到发射校准耦合信号；数据处理组件根据接收校准数据和发射校准数据，计算数字阵的收、发通道校准补偿数据。本发明专利技术为设备的通道校准带来自动化的可靠的方案，解决因设计、制造的批次性差异、设备温度漂移、性能老化等带来的不一致性，可自适应设备的更换、环境的变化。

【技术实现步骤摘要】
一种数字阵实时校准装置及方法
本专利技术涉及信号处理
，尤其是一种数字阵实时校准装置及方法。
技术介绍
随着芯片技术、高速采样、传输和处理器件发展越来越快，这也加速了雷达技术的发展，使数字相控阵技术在雷达中的使用变得越来越容易，也越来越普遍。采用数字相控阵技术，其关键点就是要对各射频通道的幅相进行校准，保证发射时各通道的功率信号在空间的有效合成，保证接收时各路信号真正对齐后得到拟定的设计方向图，因此幅相校准技术至关重要。目前现有的解决方案主要还是通过外空间耦合的方式来解决数字阵的校准，选定现有的工作通道发射、其它通道接收，通过相互传递的方式来校正各个通道的收发；这种方案构架简单、代价低，但是校准的准确度不高、而且很难提高，因为通过空间耦合容易受空间信号的干扰、容易受各振子的空间分布位置的影响、容易受振子本身的幅相分布的差异性影响。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种数字阵实时校准装置及方法，实现各射频通道幅相差异的有效标定，剔除空间分布影响、振子本身影响，提高测量精度。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种数字阵实时校准装置，包括数字阵天线、TR组件、耦合校准馈电网络和数据处理组件；所述TR组件包括校准组件和收发组件；所述数据处理组件控制所述校准组件产生接收校准信号；通过所述耦合校准馈电网络耦合到数字阵天线的各天线振子；所述收发组件与各所述天线振子连接，接收并处理各所述天线振子耦合的接收校准信号，输出接收校准数据到所述数据处理组件；所述数据处理组件控制所述收发组件产生发射校准信号到数字阵天线的各天线振子；所述耦合校准馈电网络从天线振子获取发射校准耦合信号发送到所述校准组件，所述校准组件处理发射校准耦合信号，输出发射校准数据到所述数据处理组件；所述数据处理组件根据收到的接收校准数据和发射校准数据，计算数字阵的发射和接收通道校准补偿数据。进一步地，所述耦合校准馈电网络设置在所述数字阵天线的内部，包括功分校准馈电网络；所述功分校准馈电网络采用等幅同相功分方式通过耦合线与天线各通道振子的馈电通路进行耦合。进一步地，还包括独立的射频校准通道，增设在耦合校准馈电网络与校准组件之间，用于传输所述接收校准信号或发射校准耦合信号。进一步地，所述校准组件，设置在所述TR组件内部，所述校准组件包括：收发开关、接收支路、发射支路和预处理及接口电路；所述收发开关，用于将接收支路或发射支路通过所述射频校准通道与所述耦合校准馈电网络连接；所述接收支路，用于对接收的发射校准耦合信号依次进行限幅、滤波、低噪声放大和AD采样后，得到发射校准数据；所述发射支路，用于产生接收校准信号依次经放大、滤波和限幅后，经收发开关发送到所述耦合校准馈电网络。所述预处理及接口电路分别将所述发射支路和接收支路与所述数据处理组件连接，用于为所述发射支路和接收支路提供同步通信时钟、控制信号和数据通道，并为所述数据处理组件提供通信接口。进一步地，所述数据处理组件与所述校准组件连接，用于产生控制指令控制所述校准组件中发射支路产生接收校准信号，并接收所述校准组件中接收支路输出的发射校准数据；所述数据处理组件与所述收发组件连接，用于控制所述收发组件产生发射校准信号，并接收所述组件输出的接收校准数据；所述数据处理组件根据收到的接收校准数据和发射校准数据，计算接收和发射通道校准补偿数据。一种数字阵实时校准方法，包括以下步骤：步骤S501、根据雷达主机的工作状态自动决定是否发起校准，如果需要校准则直接控制设备进入校准状态；步骤S502、按照预定的时序进行发射校准或/和接收校准，得到发射校准数据或/和接收校准数据；步骤S503、处理所述发射校准数据或/和接收校准数据，计算发射或/和接收通道校准补偿数据，分别对数字阵的发射通道或/和接收信号进行实时补偿校准。进一步地，所述发射校准方法包括：1)选择收发组件的发射通道发送发射校准信号；所述发射通道的选择覆盖所有通道，按照伪随机的方式进行跳选；并且发射信号的频点选择覆盖所有的频点，并按照伪随机的方式进行跳选；2)耦合校准馈电网络从发射信号的振子中获取发射校准耦合信号，通过射频校准通道发送到校准组件；3)校准组件接收发射校准耦合信号，并依次进行限幅、滤波、低噪声放大和AD采样后，得到发射校准数据；4)根据当前校准的校准序号、通道编号、频点编号、工作温度和发射校准数据，结合历史补偿数据和天线耦合特性数据形成数据结构体输出到数据处理组件。进一步地，所述接收校准方法包括：1)校准组件产生接收校准信号通过耦合校准馈电网络耦合到数字阵天线的各天线振子；其中，所有收发组件的接收通道同时进行接收校准，并且接收校准的频点选择覆盖所有的频点，按照伪随机的方式进行跳选；2)天线各振子通过馈电网络得到耦合的接收校准信号，输出到收发组件中接收组件的各射频通道；3)各射频通道对接收的耦合信号进行接收、数字化以及预处理后，得到接收校准数据；4)根据当前校准的校准序号、通道编号、频点编号、工作温度和接收校准数据，结合历史补偿数据和天线耦合特性数据形成数据结构体输出到数据处理组件。进一步地，对所述发射校准数据和接收校准数据采用同样的数据处理算法；具体包括：步骤S601、从数据处理组件的输入数据结构体中，任选某一个通道在某一个频点校准数据进行预处理；所述预处理方法包括：剔除一次校准过程中所有数据的最大和最小值；对剔除最值后的剩余数据求均值；步骤S602、根据所述均值的有效性，判断是否需要进行重新校准，否，则进入下一步；是，则对该通道在该频点进行重新校准，得到校准数据重复判断有效性，有效，则进入下一步；无效则判断该通道校准故障；步骤S603、重复上述步骤，计算数字阵中所有通道在所有频点下的均值数据；步骤S604、计算所有通道在同一频点下的校准补偿数据：对同一频点下所有通道的均值数据，以某个通道为基准，对所有通道求差，得到幅相差值，所述幅相差值为各通道在该频点下的当前校准补偿数据；步骤S605、改变校准频点，重复上述步骤，计算所有通道在每一个校准频点下的当前校准补偿数据。进一步地，还包括对当前补偿数据进行差异性处理，具体包括：步骤S701、将当前校准补偿数据与对应的历史补偿数据进行比较，判断是否超过差异性阈值，如果不超过则接受其为正确校准数据；如果超过，则进行下一步；步骤S702、对超过差异性阈值的校准结果进行补校，并对补校后的当前校准补偿数据再次与对应的历史补偿数据进行比较，判断是否超过差异性阈值，如果不超过则接受其为正确校准数据；如果超过，则进行下一步；步骤S703、对当前校准补偿数据进行差异处理，首先看校准数据中的幅度项，如果幅度向差异超过预设的幅度向阈值，则报告通道错误，反之则接受该组数据成为新的正确校准数据；步骤S704、根据天线耦合特性数据，对正确校准数据进行数据补偿，消除天线耦合的影响，得到通道特征的补偿数据；步骤S705、根据通道编号、频点编号、工作温度和所述新的补偿数据形成数据结构体进行数据输出。本专利技术有益效果如下：本专利技术为适合于雷达、通信、对抗等多种应用环境，能为设备的通道校准带来自动化的可靠的方案，解决因设计、制造的批次性差异、设备温度漂移、性能老化等带来的不一致性，可自适应设备的更换、环境的变化，保证设备的性能始终本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字阵实时校准装置，其特征在于，包括数字阵天线、TR组件、耦合校准馈电网络和数据处理组件；所述TR组件包括校准组件和收发组件；所述数据处理组件控制所述校准组件产生接收校准信号；通过所述耦合校准馈电网络耦合到数字阵天线的各天线振子；所述收发组件与各所述天线振子连接，接收并处理各所述天线振子耦合的接收校准信号，输出接收校准数据到所述数据处理组件；所述数据处理组件控制所述收发组件产生发射校准信号到数字阵天线的各天线振子；所述耦合校准馈电网络从天线振子获取发射校准耦合信号发送到所述校准组件，所述校准组件处理发射校准耦合信号，输出发射校准数据到所述数据处理组件；所述数据处理组件根据收到的接收校准数据和发射校准数据，计算数字阵的发射和接收通道校准补偿数据。

【技术特征摘要】
1.一种数字阵实时校准装置，其特征在于，包括数字阵天线、TR组件、耦合校准馈电网络和数据处理组件；所述TR组件包括校准组件和收发组件；所述数据处理组件控制所述校准组件产生接收校准信号；通过所述耦合校准馈电网络耦合到数字阵天线的各天线振子；所述收发组件与各所述天线振子连接，接收并处理各所述天线振子耦合的接收校准信号，输出接收校准数据到所述数据处理组件；所述数据处理组件控制所述收发组件产生发射校准信号到数字阵天线的各天线振子；所述耦合校准馈电网络从天线振子获取发射校准耦合信号发送到所述校准组件，所述校准组件处理发射校准耦合信号，输出发射校准数据到所述数据处理组件；所述数据处理组件根据收到的接收校准数据和发射校准数据，计算数字阵的发射和接收通道校准补偿数据。2.根据权利要求1所述的数字阵实时校准装置，其特征在于，所述耦合校准馈电网络设置在所述数字阵天线的内部，包括功分校准馈电网络；所述功分校准馈电网络采用等幅同相功分方式通过耦合线与天线各通道振子的馈电通路进行耦合。3.根据权利要求1所述的数字阵实时校准装置，其特征在于，还包括独立的射频校准通道，增设在耦合校准馈电网络与校准组件之间，用于传输所述接收校准信号或发射校准耦合信号。4.根据权利要求1-3任一所述的数字阵实时校准装置，其特征在于，所述校准组件，设置在所述TR组件内部，所述校准组件包括：收发开关、接收支路、发射支路和预处理及接口电路；所述收发开关，用于将接收支路或发射支路通过所述射频校准通道与所述耦合校准馈电网络连接；所述接收支路，用于对接收的发射校准耦合信号依次进行限幅、滤波、低噪声放大和AD采样后，得到发射校准数据；所述发射支路，用于产生接收校准信号依次经放大、滤波和限幅后，经收发开关发送到所述耦合校准馈电网络。所述预处理及接口电路分别将所述发射支路和接收支路与所述数据处理组件连接，用于为所述发射支路和接收支路提供同步通信时钟、控制信号和数据通道，并为所述数据处理组件提供通信接口。5.根据权利要求1-3任一所述的数字阵实时校准装置，其特征在于，所述数据处理组件与所述校准组件连接，用于产生控制指令控制所述校准组件中发射支路产生接收校准信号，并接收所述校准组件中接收支路输出的发射校准数据；所述数据处理组件与所述收发组件连接，用于控制所述收发组件产生发射校准信号，并接收所述组件输出的接收校准数据；所述数据处理组件根据收到的接收校准数据和发射校准数据，计算接收和发射通道校准补偿数据。6.一种数字阵实时校准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S501、根据雷达主机的工作状态自动决定是否发起校准，如果需要校准则直接控制设备进入校准状态；步骤S502、按照预定的时序进行发射校准或/和接收校准，得到发射校准数据或/和接收校准数据；步骤S503、处理所述发射校准数据或/和接收校准数据，计算发射或/和接收通道校准补偿数据，分别对数字阵的发射通道或/和接收信号进行实时补偿校准。7.根据权利要求6所述的数字阵实时校准方法，其特征在于，所述发射校准方法包括：1)选择收发组件的发射通道发送发射校准信号；所述发射通道的选择覆盖所有通道，按照伪随机的方式进行跳...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊朝廷，杨廷洪，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51