基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统，它由多个功能模块组成。其界面显控模块下发通道校正命令及阵面工作指令，显示各模块工作状态；任务命令调度模块中转各模块任务消息并进行任务分发与数据缓存；波束控制模块控制相控阵天线阵元通道工作状态；相控阵天线阵列模块控制阵列天线工作状态；天线信号合成模块对阵列天线阵元接收的信号进行幅度与相位加权及信号功率合成；射频数据采集模块将射频信号转为基带信号；数据预处理模块对和差网络传输的基带信号进行滤波及通道校正；通道校正模块控制和差通道信号增益、解算幅相影响因子和监测通道校正性能。本发明专利技术显示直观简洁，灵活性好，可靠性高，可用于对阵列及雷达信号处理。

【技术实现步骤摘要】
基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统
本专利技术属于雷达信号处理
，更进一步涉及一种应答机制的相控阵和差通道误差校正系统。可用于单脉冲雷达和差通道接收机误差校正，有源相控阵天线阵列通道误差校正，提高后续测量处理精度。
技术介绍
基于相控阵的阵列信号处理是信号处理领域当中的一项重要研究内容，但是随着阵列信号技术的进一步发展以及军用和民用方面性能需求的增长，从理论研究到工程设备实体落地的这一过程中，人们对于相控阵系统的稳健性以及系统测量精度有了越来越高的要求，从而针对相控阵系统中的通道误差进行分析研究具有重要的现实价值。由于相控阵和差通道的电缆长度、通道噪声、温度、器件老化、生产工艺等因素的影响，和差通道势必存在一定的通道误差，影响后续信号处理模块的测量精度，因此需要进行通道校正处理；相控阵天线阵列通道包含多个微波器件模块：比如天线阵元、移相器、低噪声放大器、滤波器等模块，各个器件在生产的过程中存在不一致，也会产生阵列通道误差，影响后续信号处理性能；目前大多数相控阵系统中的通道误差校正模块，设计较为复杂，功耗资源占用率较高，灵活性较差，缺乏校正性能测试模块，无法实时便捷观测校正效果，而且依赖单方的校正指令下发，缺乏指令反馈与监测机制，可靠性较低。四川省成都市金本华科技有限公司在其提出的专利申请文献“一种有源相控阵雷达的收发通道自校准方法”(专利申请号201410687836.3，公开号CN104330777A)中公开了一种有源相控阵雷达的收发通道自校准方法。该方法利用输入输出耦合电路收发通道，通过多路功分器将多个收发通道耦合信号合并成一路，再进一步耦合到公共端，致使有源相控阵雷达的发射通道和接收通道形成一个闭环回路，从而可以利用收发通道各自的校准模块包括：各自串联的带通滤波器、功率放大器、衰减器、振荡指示器等对收发通道的幅度进行校准。该系统虽然可以不依赖外来辅助信号来完成对收发通道的幅度自校准，但缺乏对通道相位误差的校准考虑，未建立完整的通道误差模型。重庆大学在其申请的专利文献“一种相控阵天线发射通道幅相误差校正系统”(专利申请号201510016099.9，公开号CN104506253A)中公开了一种相控阵天线发射通道幅相误差校正系统。该校正系统以均匀圆阵相控阵天线发射通道幅相误差为研究对象，包含校正信号源、旋转切换开关、待校正发射通道、辅助接收通道和校正系数计算模块等。该校正系统在进行通道幅相误差校正的过程中需要依赖参考阵元通道、辅助信号接收通道等，不仅需要占用较多的硬件资源并产生较高的系统功耗，而且缺乏明确的通道校正性能测试模块，不利于校正结果的直观显示和校正性能分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统，以解决现有相控阵系统在通道误差校正过程中，资源占用率高，幅度误差与相位误差未同时考虑，缺乏直观通道校正性能测试模块、系统灵活性和校正性能可靠性差等问题。实现上述目的的思路是，针对相控阵系统中的和差通道误差，将幅度误差与相位误差看作是输入信号经过若干个通道，由于各个通道的温度、通道长度、通道噪声、器件老化诸多因素的影响，所导致的各个通道幅相影响因子的不一致，进而导致通道输出信号在幅度和相位上存在差异，通过设计一种基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统，对和差通道误差进行精准校正。所述新的通道误差校正系统，是一种基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统，其特征在于，包括：界面显控模块，用于操作人员利用界面按钮发送相应的校正命令到相应模块，直观观察通道校正性能，并监测各个模块的工作状态；PPC任务命令调度模块，用于接收界面显控所下发的校正命令，正确转发至对应模块，并接收各个模块的相应消息上报给界面显控；DSP波束控制模块，根据界面显控所下发的波束指向等信息指令，计算波束控制码等参数，用于相控阵天线波束形成；相控阵天线阵列模块，用于接收来自DSP波束控制模块的波束控制信号，完成对各个天线单元的移相方向和幅度的控制；天线信号合成模块，用于对各个阵列天线所接收的信号进行幅度与相位加权以及信号功率合成；射频数据采集模块，用于将和差网络所产生的射频信号经过抗混叠滤波、模数转换、数字下变频等处理转变为基带信号；FPGA数据预处理模块，用于对基带信号进行数字滤波，提高信噪比，并接收来自DSP通道校正模块所发的幅相影响因子，协助完成通道校正任务；DSP通道校正模块，用于完成和差通道信号增益控制、幅相影响因子解算和通道校正性能监测。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：第一，本专利技术加入界面显控和通道校正性能测试模块，相比于其他通道校正系统，具有更加直观的校正性能分析功能，显控界面对于操作人员更加的直观便捷。第二，本专利技术所使用通道校正算法，不依赖参考辅助单元、辅助接收处理通道等模块，可以利用现有系统资源完成通道误差校正，极大地节约了资源成本，降低了系统功耗。第三，本专利技术采用命令应答的方式，用于通道校正系统中的各个模块之间的交互监测，保证命令下发与模块交互的可靠性，提高信号处理系统的可靠性与灵活性。附图说明图1是本专利技术系统的结构示意图；图2是本专利技术中的相控阵天线阵列模块结构示意图；图3是本专利技术中的射频数据采集模块结构示意图；图4是本专利技术中的DSP波束控制模块结构示意图；图5是本专利技术中的信号增益调控子模块工作流程图；图6是本专利技术中的DSP通道校正模块工作流程图；图7是本专利技术中的通道校正性能监测子模块工作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。参照图1所示，本专利技术系统包括：界面显控模块1、PPC任务命令调度模块2、DSP波束控制模块3、相控阵天线阵列模块4、天线信号合成模块5、射频数据采集模块6、FPGA数据预处理模块7、DSP通道校正模块8。其中：所述界面显控模块1，负责操作人员利用界面按钮下发指令通过千兆网口传输到PPC任务命令调度模块，可以直观观察通道校正效果并监测各个模块的工作状态；所述PPC任务命令调度模块2，负责将界面显控1所下发的通道校正命令正确转发至对应模块，保证系统工作时序约束要求等操作，通过一路SRIO接口与DSP通道校正模块8进行双向通信，通过高速串行总线接口与DSP波束控制模块3进行双向通信；所述DSP波束控制模块3，负责对相控阵阵面阵元的工作状态进行控制，按照界面显控所下发的指令控制阵元状态，通过高速串行总线接口与相控阵的移相器进行数据传输；所述相控阵天线阵列模块4，通过接收来自DSP波束控制模块的波束控制字完成阵列天线状态的控制，并通过内部耦合器提供通道校正所用的信号；所述天线信号合成模块5，用于对阵列天线的接收信号进行幅度与相位加权以及信号功率合成，通过传输线与和差网络进行数据传输；所述射频数据采集模块6，负责对所接收到的射频信号完成抗混叠滤波、模数转换、数字下变频等处理，将射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统，其特征在于，包括：/n界面显控模块(1)，用于操作人员利用界面按钮发送相应的校正命令到相应模块，直观观察通道校正性能，并监测各个模块的工作状态；/nPPC任务命令调度模块(2)，用于接收界面显控所下发的校正命令，正确转发至对应模块，并接收各个模块界面显控的相应消息上报给界面显控；/nDSP波束控制模块(3)，根据界面显控所下发的波束指向等信息指令，计算波束控制码等参数，用于相控阵天线波束形成；/n相控阵天线阵列模块(4)，用于接收来自DSP波束控制模块的波束控制信号，完成对各个天线单元的移相方向和幅度的控制；/n天线信号合成模块(5)，用于对各个阵列天线所接收的信号进行幅度与相位加权以及信号功率合成；/n射频数据采集模块(6)，用于将和差网络所产生的射频信号经过抗混叠滤波、模数转换、数字下变频等处理转变为基带信号；/nFPGA数据预处理模块(7)，用于对基带信号进行数字滤波，提高信噪比，并接收来自DSP通道校正模块所发的幅相影响因子，协助完成通道校正任务；/nDSP通道校正模块(8)，用于完成和差通道信号增益控制、幅相影响因子解算和通道校正性能监测。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于应答机制的相控阵和差通道误差校正系统，其特征在于，包括：
界面显控模块(1)，用于操作人员利用界面按钮发送相应的校正命令到相应模块，直观观察通道校正性能，并监测各个模块的工作状态；
PPC任务命令调度模块(2)，用于接收界面显控所下发的校正命令，正确转发至对应模块，并接收各个模块界面显控的相应消息上报给界面显控；
DSP波束控制模块(3)，根据界面显控所下发的波束指向等信息指令，计算波束控制码等参数，用于相控阵天线波束形成；
相控阵天线阵列模块(4)，用于接收来自DSP波束控制模块的波束控制信号，完成对各个天线单元的移相方向和幅度的控制；
天线信号合成模块(5)，用于对各个阵列天线所接收的信号进行幅度与相位加权以及信号功率合成；
射频数据采集模块(6)，用于将和差网络所产生的射频信号经过抗混叠滤波、模数转换、数字下变频等处理转变为基带信号；
FPGA数据预处理模块(7)，用于对基带信号进行数字滤波，提高信噪比，并接收来自DSP通道校正模块所发的幅相影响因子，协助完成通道校正任务；
DSP通道校正模块(8)，用于完成和差通道信号增益控制、幅相影响因子解算和通道校正性能监测。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述DSP波束控制模块(3)，包括：
前端控制子模块(31)，用于根据系统的实际工作需要，通过SRIO接口向DSP处理模块发送工作方式命令字、工作频率、波束指向要求等信息；
DSP处理子模块(32)，用于通过接收前端子模块所发的工作参数信息，实现波束控制基础码的计算、阵列波控码的计算与补偿、数据包资源的调度与分配；
FPGA处理子模块(33)，根据前端控制子模块(31)的工作需求，产生定时同步信号，协调配合前端控制子模块(31)工作，并负责阵列波束扫描控制码的分发以及其它控制命令的转发，通过SRIO接口与DSP处理子模块进行数据交互。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相控阵天线阵列模块(4)，包含n个阵元通道，且n个阵元均匀等间隔排列在相控阵阵面上，对阵元自左往右依次编号，并将相控阵阵面分为左子阵和右子阵，编号为1到n/2的阵元为左子阵，编号为n/2+1到n的阵元为右子阵，其中n是大于2的整数。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述DSP通道校正模块(8)，包括：
信号增益调控子模块(81)，用于对信号接收增益进行调节，提高输入信号信噪比，保证后端处理性能；
通道校正算法子模块(82)，用于完成通道幅相影响因子的解算，并通过一路SRIO接口与FPGA数据预处理模块进行数据交互；
通道校正性能监测子模块(83)，用于测试通道校正前与校正后的通道特性，检测校正性能。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信号增益调控子模块(81)对信号接收增益进行调节，其实现如下：
5a)上电初始化信号增益调控子模块的增益控制字，保证射频数据采集模块(6)正常工作；相控阵天线阵列模块(4)控制所有的阵元处于正常工作状态，根据AD9361的增益调控范围设置期望信号强度范围为[a,b]，其中a为信号强度的下限，b为信号强度的上限；
5b)界面显控下发增益调控命令，PPC任务命令调度模块(2)转发增益调控命令给信号增益调控子模块(81)，信号增益调控子模块(81)接收到增益调控命令后，回复“正常”指令给PPC任务命令调度模块(2)，PPC任务命令调度模块(2)收到信号增益调控子模块(81)的指令应答后，将信息反馈回界面显控模块(1)显示；
5c)射频数据采集模块(6)将所接收到的射频信号转换为数字基带信号，送入信号增益调控子模块(81)进行处理；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，李佳伟，蔡保杰，丁杰如，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61