一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统与方法，包括天线校准及接收通道校准，天线校准采用天线在线精密校准机构，天线在线精密校准机构包括：两个激光测距仪，分别装设于天线俯仰运动方向主反射面的一端及天线馈源顶端，用于测量天线运动过程中主、副反射面的形变数据；接收通道校准包括：幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准以及绝对时延测量校准；幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准采用矢量网络分析仪，作为信号射频通道幅度、相位和时延监测的测量仪器；绝对时延测量校准采用矢量信号发生器与示波器结合的方式进行接收通道绝对时延精密测量。本发明专利技术的优点是，高精度、高稳定性、受外部环境影响小。

【技术实现步骤摘要】
一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统与方法
本专利技术属于天线信号校准
，具体涉及一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统与方法。
技术介绍
大口径天线在GNSS信号质量精细监测和评估系统中，起着举足轻重的作用。同时，它又是唯一的室外大型设备，实践表明，其性能的变化，受外界环境和自身变形等影响较大。受外界温度影响，天线馈源和反射面、背架等金属结构件，必然会产生热胀冷缩效应，导致自身长度和体积，以及相互间位置关系(位移)的细微变化；受天线运动(或风载)过程中重力和惯性作用力影响，天线主、副反射面同样会发生轻微的形变和位移。上述因素综合作用，将导致天线增益和时延(对应信号相位)发生变化。长期以来对这些变化的静态和动态测量、校准和监测，一直是困扰工程领域的一大难题。通常做法是在暗室内测试馈源随温度变化值，在第一次安装时测量相心。系统运行后，就只能完全依靠标校塔进行测试校准，具体的量化参数只能通过估算得到。在GNSS信号质量监测评估系统中，接收通道绝对时延及变化的高精度测量，一直是困扰工程界多年的技术难题。目前，主要有以下几种实现方法。(1)矢量网络分析仪。这是国内外很多GNSS信号质量监测评估系统普遍采用方法，简单、易行、通用、高效，可以同时测得包括幅频响应和群时延在内的多个参数，效率较高。缺点是矢量网络分析仪测试时，存在精度和分辨率的矛盾，导致测试结果精度受限。(2)利用导航信号的伪距测试时延。利用导航扩频信号携带的相位信息和相关性，可以利用接收信号顺势进行大环路时延测量，多用于发射--空间--接收大环路时延测量校准。优点是充分利用已有信号资源，代价小、成效高；缺点是受到信号相位相关曲线制约，时延分辨率存在瓶颈。(3)示波器测量法。其原理是充分利用示波器在时域性能上的优异表现，通过注入一定特征的测量波形，在示波器上观测时延。该方法的优点是概念清晰、方法简明，理论上可以实现无限精度的时延测量，缺点是参考时间基准线的稳定性不高。并且，通道时延越大，测得时延数据精度越差。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，提供一种用于信号质量评估的高精度、高稳定性、受外部环境影响小的天线及接收通道校准系统与方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统与方法，包括天线校准及接收通道校准，所述天线校准采用天线在线精密校准机构，所述天线在线精密校准机构包括：第一激光测距仪及第二激光测距仪，所述第一激光测距仪装设于天线俯仰运动方向主反射面的一端，用于测量天线运动过程中主反射面的形变数据；所述第二激光测距仪装设于天线馈源顶端，用于测量天线运动过程中副反射面的形变数据。所述接收通道校准包括：幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准以及绝对时延测量校准；所述幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准采用矢量网络分析仪，作为信号射频通道幅度、相位和时延监测的测量仪器；所述绝对时延测量校准采用矢量信号发生器与示波器结合的方式进行接收通道绝对时延精密测量，采用网络分析仪测试群时延和相对时延，采用示波器测量时域参数。进一步的，所述示波器采用40Gs/s高速采样的多通道宽带示波器。进一步的，所述矢量网络分析仪采用PNAN5242A一体化矢量网络分析仪。进一步的，所述天线校准包括以下步骤：1)通过两个激光测距仪分别测量天线运动过程中主反射面与副反射面的形变数据；2)步骤1)中得到的数据，会同试验室测得的相心位置随温度变化数据，进行数学建模得到Δ(EL,AA′,OO′,Va,Vw)的理论计算值，其中，EL为天线俯仰角度，Va为天线转速，Vw为风速；3)依据天线面形变的外沿ΔR，轴线ΔL与天线相心变化ΔH的关系，测得的几何变形参数变化值Δ(AA′,OO′)可以直接换算成由于光程差导致的时延变化Δτ；4)利用不同位置的射电源信号，在不同的指向状态下测试天线增益G，根据实际测试值对Δ(EL,AA′,OO′,Va,Vw)的理论计算值进行校正，得到准确可信的Δ(EL,AA′,OO′,Va,Vw)数据集合，并通过其它射电源信号测量进行验证；5)上述数据即可作为实用参数表，根据激光测距仪的实时测量数据获得的(EL,AA′,OO′,Va,Vw)数据集合，查表得到ΔG。进一步的，所述幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准包括以下步骤：S1：采用矢量网络分析仪为核心完成自身的校准；S2：采用监控设备控制4选1开关，选择射频接收通道、中频滤波接收通道；S3：对步骤S2中的两个层次接收通道进行校准；S4：将校准得到的接收通道幅度、相位和时延特性，传递给后端的信号质量评估数据预处理软件进行通道参数修正；S5：将上述三条路径的校准进行简单比较，可获得接收通道上部分设备的特性。进一步的，所述绝对时延测量校准包括以下步骤：a)利用光纤和光传输设备时延极端稳定的特性，将其作为参考通道传输基准；b)对实际接收通道进行比对测试；c)测得接收通道时延及其细微变化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术借助精密激光测距原理和科学建模测得天线运动过程中主、副反射面的形变数据，即可测得形变大小，既而可以实现定量、连续监测天线性能的细微变化。利用光纤在稳定性、可靠性、不受电磁干扰具有优异的性能，作为稳定的时间参考线，获得传统方法难以实现的高精度和高稳定要求。利用光纤和光传输设备时延极端稳定的特性，将其作为参考通道传输基准，再对实际接收通道进行比对测试，可以精确测得接收通道时延及其细微变化。选择当前业界高端PNAN5242A一体化矢量网络分析仪，作为信号射频通道幅度、相位和时延监测的测量仪器。采用矢量信号发生器与示波器结合的方式，进行接收通道绝对时延精密测量。本专利技术系统及方法对天线信号的质量评估精度高、稳定性高，具有较好的市场应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的天线在线精密校准机构示意图；图2为本专利技术的接收通道校准环路组成框图；图1中：1-天线在线精密校准机构，2-第一激光测距仪，3-第二激光测距仪，4-天线。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例只作为对本专利技术的说明，不作为对本专利技术的限定。如图1-2所示的一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统与方法，包括天线校准及接收通道校准，所述天线校准采用天线在线精密校准机构1。1.天线校准大口径天线在GNSS信号质量精细监测和评估系统中，起着举足本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统，其特征在于，包括天线校准及接收通道校准，所述天线校准采用天线在线精密校准机构(1)，所述天线在线精密校准机构(1)包括：第一激光测距仪(2)及第二激光测距仪(3)，所述第一激光测距仪(2)装设于天线(4)俯仰运动方向主反射面的一端，用于测量天线(4)运动过程中主反射面的形变数据；所述第二激光测距仪(3)装设于天线(4)馈源顶端，用于测量天线(4)运动过程中副反射面的形变数据；/n所述接收通道校准包括：幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准以及绝对时延测量校准；/n所述幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准采用矢量网络分析仪，作为信号射频通道幅度、相位和时延监测的测量仪器；/n所述绝对时延测量校准采用矢量信号发生器与示波器结合的方式进行接收通道绝对时延精密测量，采用网络分析仪测试群时延和相对时延，采用示波器测量时域参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统，其特征在于，包括天线校准及接收通道校准，所述天线校准采用天线在线精密校准机构(1)，所述天线在线精密校准机构(1)包括：第一激光测距仪(2)及第二激光测距仪(3)，所述第一激光测距仪(2)装设于天线(4)俯仰运动方向主反射面的一端，用于测量天线(4)运动过程中主反射面的形变数据；所述第二激光测距仪(3)装设于天线(4)馈源顶端，用于测量天线(4)运动过程中副反射面的形变数据；
所述接收通道校准包括：幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准以及绝对时延测量校准；
所述幅频相应、增益、群时延、相频特性的测量校准采用矢量网络分析仪，作为信号射频通道幅度、相位和时延监测的测量仪器；
所述绝对时延测量校准采用矢量信号发生器与示波器结合的方式进行接收通道绝对时延精密测量，采用网络分析仪测试群时延和相对时延，采用示波器测量时域参数。


2.根据权利要求1所述的一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统与方法，其特征在于，所述示波器采用40Gs/s高速采样的多通道宽带示波器。


3.根据权利要求1所述的一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统的校准方法，其特征在于，所述矢量网络分析仪采用PNAN5242A一体化矢量网络分析仪。


4.根据权利要求1所述的一种用于信号质量评估的天线及接收通道校准系统的校准方法，其特征在于，所述天线校准包括以下步骤：
1)通过两个激光测距仪分别测量天线运动过程中主反射面与副反...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶永南，卢晓春，王雪，石慧慧，张馥臣，贺成艳，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61