一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统及方法，所述系统包括数字信号处理平台、计算机设备、光学仪器、被测相控阵天线以及与被测相控阵天线同心的弧形同轴标校杆；所述弧形同轴标校杆上安装有校准天线组；数字信号处理平台分别与校准天线组、被测相控阵天线和计算机设备连接，计算机设备还与弧形同轴标校杆和光学仪器连接；所述计算机设备，用于控制弧形同轴标校杆以被测相控阵天线轴心为中心模拟理想电曲面进行转动，来调整校准天线组的空间位置。本发明专利技术能够实现对全空域相控阵天线通道一致性、天线指向性能的高效标校。

A calibration system and method for all-space phased array antenna based on the rotation of calibration rod

【技术实现步骤摘要】
一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统及方法
本专利技术涉及全空域相控阵天线校准，特别是涉及一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统及方法。
技术介绍
目前，在移动通信基站、探测站、卫星通信等无线电设备中，相控阵天线应用越来越广泛。相控阵天线的波束形成、波束控制、搜索捕获的精度取决于天线阵元的初始相位精度和移相精度，采用数字波束形成的相控阵天线具有极高的移相精度，所以天线面阵元初始相位精度标校就成为该天线工作性能的决定性因素。影响天线面阵元相位的因素主要有两个方面：一是阵面结构及阵元安装误差引入的阵元空间位置误差；二是天线阵元及TR组件性能不一致引起的各阵元发射接收信号的相位变化；这两种误差都会引起通道的不一致性。因此，相控阵天线经过标校，才能有效指向、跟踪目标，建立无线电链路；就目前而言一维相控阵天线、二维平面相控阵天线都有成熟的标校方法，但对于三维全空域相控阵天线，如用类似一维和二维的校准方法，会存在工作量大、可行性差、误差大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统及方法，通过弧形标校杆旋转模拟理想电曲面，能够实现对全空域相控阵天线通道一致性、天线指向性能的高效标校，有利于保证天线的工作性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统，包括数字信号处理平台、计算机设备、光学仪器、被测相控阵天线以及与被测相控阵天线同心的弧形同轴标校杆；所述弧形同轴标校杆上安装有校准天线组；数字信号处理平台分别与校准天线组、被测相控阵天线和计算机设备连接，计算机设备还与弧形同轴标校杆和光学仪器连接；所述计算机设备，用于控制弧形同轴标校杆以被测相控阵天线轴心为中心模拟理想电曲面进行转动，来调整校准天线组的空间位置；同时生成信号控制指令和通道控制指令发送给数字信号处理平台，并控制光学仪器测量校准天线组和被测相控阵天线的空间位置信息，接收测量结果传输给数字信号处理平台；所述数字信号处理平台，用于根据计算机设备的信号控制指令，对被测相控阵天线的各个天线阵元的幅度、相位进行控制，对校准过程中的发射信号幅度、相位进行控制；同时根据计算机设备的通道控制指令，对被测相控阵天线的信号收发通道进行控制；并接收来自校准天线组和被测相控阵天线的信息，完成校准天线组和被测相控阵天线的幅相测量，结合校准天线组的空间位置信息、被测相控阵天线的空间位置信息和幅相测量结果，对被测相控阵天线进行标校。其中，所述校准天线组包含n根均匀安装在弧形同轴标校杆上的校准天线；每一个校准天线均通过传输线与数字信号处理平台连接，各个校准天线的幅度特性为Acal，相位特性为θcal；所述被测相控阵天线包括m个天线阵元，每一个所述的天线阵元均与通过传输线与数字信号处理平台连接；所述数字信号处理平台到各个天线阵元和各个校准天线的传输线严格等长。所述数字信号处理平台包括：信号控制模块，用于接收计算机设备的信号控制指令，对被测相控阵天线的各个天线阵元的幅度、相位进行控制，对校准过程中的发射信号幅度、相位进行控制；收发通道控制模块，用于接收计算机设备的通道控制指令，对被测相控阵天线的信号收发通道进行控制；幅相测量模块，用于接收来自校准天线组和被测相控阵天线的信息，完成校准天线组和被测相控阵天线的幅相测量；标校模块，用于结合校准天线组的空间位置信息、被测相控阵天线的空间位置信息和幅相测量结果，对被测相控阵天线进行标校。所述计算机设备的第一个端口A连接至数字信号处理平台的信号控制模块，向数字信号处理平台传输信号控制指令；计算机设备的第二个端口B连接至弧形同轴标校杆的位置控制端口，控制弧形同轴标校杆以被测相控阵天线轴心为中心模拟理想电曲面进行转动；计算机设备的第三个端口C连接至数字信号处理平台的收发通道控制模块，向数字信号处理平台传输通道控制指令；计算机设备的第四个端口D连接至数字信号处理平台的标校模块，用于将来自光学仪器的信息传输给数字信号处理平台；计算机设备的第五个端口E连接至光学仪器的数据控制端口，控制光学仪器测量校准天线组和被测相控阵天线的空间位置信息，并从光学仪器接收测量结果。一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统进行天线校准的方法，包括以下步骤：S1.将被测相控阵天线的天线阵元分为I组，设每组天线阵元的个数为k；S2.计算机设备控制弧形标校杆以被测相控阵天线轴心为中心，模拟理想电曲面进行转动；直至弧形同轴标校杆上的校准天线组与被测相控阵天线的第i组天线阵元中心法线共面；S3.计算机设备控制光学仪器测量第p个校准天线的空间坐标PCalp(xCalp，yCalp，zCalp)和第i组天线阵元中第q个天线阵元的空间坐标PAntq(xAntq，yAntq，zAntq)，其中p＝1,2,3……k，q＝1,2,3……k，光学仪器将测量结果传输给计算机设备；计算机设备将接收到的信息传输给数字信号处理平台；数字信号处理平台根据PCalp、PAntq和校准频率计算出由相对位置造成的第p个校准天线和第q个天线阵元之间的幅度差Aq_p、相位差θq_p；S4.在不同的移相值下，对第i组天线阵元的发射通道相位误差进行标校；S5.在不同的移相值下，对第i组天线阵元的接收通道相位误差进行标校；S6.在计算机设备的控制下，弧形同轴标校杆旋转至校准天线组与下一组天线阵元的中心法线共面，重复步骤S1～S5，依次对被测相控阵天线上每一组天线阵元的收发通道进行标校，直至完成所有天线阵元的收发通道标校完成。所述步骤S4包括以下子步骤：S401.在计算机设备的信号控制指令和通道控制指令下，数字信号处理平台控制被测相控阵天线，打开第i组天线阵元的发射通道，将第i组中天线阵元幅度设置为Acon_tiq，相位设置为θcon_tiq，并关闭其余组所有的天线阵元；S402.在计算机设备的信号控制指令下，数字信号处理平台控制被测相控阵天线发送信号，并设置发射信号的幅度为Atiq相位为θtiq，校准天线组接收信号并传输给数字信号处理平台，数字信号处理平台测量校准天线组接收到的来自被测相控阵天线第i组第q个天线阵元的信号幅度Ariq和信号相位θriq；S403.数字信号处理平台按照如下关系：计算出发射链路校准需要补偿的差量：其中，表示经过第q个天线阵元和第p个校准天线的链路总的幅相传输系数；S404.在计算机设备的信号控制指令下，数字信号处理平台控制被测相控阵天线第i组上所有天线阵元发射通道的相位θcon_tiq从-π变化至π，重复步骤S401～S403，依次对第i组天线阵元的发射通道在不同的移相值下的相位误差进行标校，得到第i组天线阵元的发射通道校准参数对第i组天线进行补偿校准。所述步骤S5包括以下子步骤：S501.在计算机设备的信号控制指令和通道控制指令下，数字信号处理平台控制被测相控阵天线，打开第i组天线阵元的接收通道，将第i组中天线阵元幅度设置为Acon_tiq，相位设置为θcon_tiq，并关闭其余组所有的天线阵元；S502.在计算机设备的信号控制指令下，数字信号处理平台控制校准天线组发送信号，并设置发射信号的幅度为Atiq相位为θtiq，被测相控阵天线通过第i组天线阵元的接收通道接收信号传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统，其特征在于：包括数字信号处理平台、计算机设备、光学仪器、被测相控阵天线以及与被测相控阵天线同心的弧形同轴标校杆；所述弧形同轴标校杆上安装有校准天线组；数字信号处理平台分别与校准天线组、被测相控阵天线和计算机设备连接，计算机设备还与弧形同轴标校杆和光学仪器连接；所述计算机设备，用于控制弧形同轴标校杆以被测相控阵天线轴心为中心模拟理想电曲面进行转动，来调整校准天线组的空间位置；同时生成信号控制指令和通道控制指令发送给数字信号处理平台，并控制光学仪器测量校准天线组和被测相控阵天线的空间位置信息，接收测量结果传输给数字信号处理平台；所述数字信号处理平台，用于根据计算机设备的信号控制指令，对被测相控阵天线的各个天线阵元的幅度、相位进行控制，对校准过程中的发射信号幅度、相位进行控制；同时根据计算机设备的通道控制指令，对被测相控阵天线的信号收发通道进行控制；并接收来自校准天线组和被测相控阵天线的信息，完成校准天线组和被测相控阵天线的幅相测量，结合校准天线组的空间位置信息、被测相控阵天线的空间位置信息和幅相测量结果，对被测相控阵天线进行标校。

【技术特征摘要】
1.一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统，其特征在于：包括数字信号处理平台、计算机设备、光学仪器、被测相控阵天线以及与被测相控阵天线同心的弧形同轴标校杆；所述弧形同轴标校杆上安装有校准天线组；数字信号处理平台分别与校准天线组、被测相控阵天线和计算机设备连接，计算机设备还与弧形同轴标校杆和光学仪器连接；所述计算机设备，用于控制弧形同轴标校杆以被测相控阵天线轴心为中心模拟理想电曲面进行转动，来调整校准天线组的空间位置；同时生成信号控制指令和通道控制指令发送给数字信号处理平台，并控制光学仪器测量校准天线组和被测相控阵天线的空间位置信息，接收测量结果传输给数字信号处理平台；所述数字信号处理平台，用于根据计算机设备的信号控制指令，对被测相控阵天线的各个天线阵元的幅度、相位进行控制，对校准过程中的发射信号幅度、相位进行控制；同时根据计算机设备的通道控制指令，对被测相控阵天线的信号收发通道进行控制；并接收来自校准天线组和被测相控阵天线的信息，完成校准天线组和被测相控阵天线的幅相测量，结合校准天线组的空间位置信息、被测相控阵天线的空间位置信息和幅相测量结果，对被测相控阵天线进行标校。2.根据权利要求1所述的一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统，其特征在于：所述校准天线组包含n根均匀安装在弧形同轴标校杆上的校准天线；每一个校准天线均通过传输线与数字信号处理平台连接，各个校准天线的幅度特性为Acal，相位特性为θcal；所述被测相控阵天线包括m个天线阵元，每一个所述的天线阵元均与通过传输线与数字信号处理平台连接；所述数字信号处理平台到各个天线阵元和各个校准天线的传输线严格等长。3.根据权利要求1所述的一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统，其特征在于：所述数字信号处理平台包括：信号控制模块，用于接收计算机设备的信号控制指令，对被测相控阵天线的各个天线阵元的幅度、相位进行控制，对校准过程中的发射信号幅度、相位进行控制；收发通道控制模块，用于接收计算机设备的通道控制指令，对被测相控阵天线的信号收发通道进行控制；幅相测量模块，用于接收来自校准天线组和被测相控阵天线的信息，完成校准天线组和被测相控阵天线的幅相测量；标校模块，用于结合校准天线组的空间位置信息、被测相控阵天线的空间位置信息和幅相测量结果，对被测相控阵天线进行标校。4.根据权利要求1所述的一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统，其特征在于：所述计算机设备的第一个端口A连接至数字信号处理平台的信号控制模块，向数字信号处理平台传输信号控制指令；计算机设备的第二个端口B连接至弧形同轴标校杆的位置控制端口，控制弧形同轴标校杆以被测相控阵天线轴心为中心模拟理想电曲面进行转动；计算机设备的第三个端口C连接至数字信号处理平台的收发通道控制模块，向数字信号处理平台传输通道控制指令；计算机设备的第四个端口D连接至数字信号处理平台的标校模块，用于将来自光学仪器的信息传输给数字信号处理平台；计算机设备的第五个端口E连接至光学仪器的数据控制端口，控制光学仪器测量校准天线组和被测相控阵天线的空间位置信息，并从光学仪器接收测量结果。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统进行天线校准的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将被测相控阵天线的天线阵元分为I组，设每组天线阵元的个数为k；S2.计算机设备控制弧形标校杆以被测相控阵天线轴心为中心，模拟理想电曲面进行转动；直至弧形同轴标校杆上的校准天线组与被测相控阵天线的第i组天线阵元中心法线共面；S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾新德，
申请(专利权)人：鹰视云深圳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44