一种相位可变功率检测的阵列天线外校准的方法是一种阵列天线通道幅度和相位一致性校正的外校准算法。阵列天线由很多天线单元组成，每个天线单元信号的相位可控，各天线单元信号叠加形成阵列天线的信号。为了实现阵列天线的校准，改变与各天线单元相连的可变数字移相器的状态，得到阵列天线对外校准信号的响应，对应某一通道多个不同状态下的响应组成了一个正定或者超定的方程组，通过对方程组的求解得到该通道相对参考信号的相对幅度和相对相位，并由此得到阵列各通道的幅相一致性误差，从而实现校准。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种阵列天线，特别是一种阵列天线的外校准方法。
技术介绍
阵列天线由很多天线单元组成，每个单元馈以一定幅度和相位的信号以形 成特定的波束并实现波束扫描。 一般情况下，通过控制连接单元的衰减器对单 元信号幅度进行调节并形成所需要的波束，通过改变连接单元的移相器的相位 对单元信号的相位进行控制以实现波束扫描。为了精确的控制波束，需要知道天线各单元实际的相位响应。然而，相位 响应受各种不可避免的误差以及制造公差的影响并且是时间和温度的函数，所 以校准被用来确定相位响应误差并对相位进行补偿。同样，各单元的幅度响应 也与误差和制造公差有关，校准被用来确定幅度响应误差并对幅度给予补偿。目前出现的阵列天线校准方法很多，按照校准时其信号注入的不同路径可 以分为内校准和外校准两大类。外校准包括近场测量、中场测量、远场测量、换相测量以及REV方法等。 外校准是距待测天线一定距离处架设辅助天线进行信号注入或釆样，再经过幅 相监测和比41,得出单元通道幅相误差，辅助天线的架"&可在相控阵天线的近 场、中场和远场。与内校准相比，外校准在天线阵内没有大量定向耦合器和矩 阵开关元件，但某些外校准方法要求被监测的各路应有高频开关用于接通被测 通道。近场测量指在近场范围内，才艮据场在某一表面上的分布，利用BTM (Backward Transformation Method)反推天线口径场分布，更精确的方法是 相控阵天线近场测量的矩阵方法(MM)，该方法能够复原出相控阵天线各单元 的激励幅相，并且它能够用于任意几何形状的阵列天线。近场矩阵方法要解决的主要问题是矩阵病态问题，这就要求必需解决有限扫描面截断问题以及非均 匀扫描问题，还需要解决矩阵的快速求解问题。目前主要处于实验研究阶段， 距工程应用还有许多工作要、故。中场测量法是利用互耦原理对相控阵天线进行4交正，相控阵有一维相扫和 二维相扫之分，与之对应，中场冲交正^支术也可分为中场两点法和中场三点法。 该方法要求相控阵天线具有单路收/发功能，即一个有源单元(或通道)处于发 射或接收状态时，其它有源单元(或通道)处于关闭状态，且各个单元(或通道) 之间相互隔离。相控阵天线中场校正技术利用一个参考天线放置在被测阵列前 方一定距离处的几个特定位置上对阵列进行测试，通过数据相关处理获得才交正 参数。该方法的缺点是，要求天线具有高频开关用于选通被测通道，现有的测 量系统表明，该方法的精度仍有待提高。远场测量要求在远场距离上对相控阵天线进行测量，Dan Davis提出了 一 个远场测量相控阵天线的模型，它需要一个远距离测试场、辅助天线和转台系 统，被测天线装在一个精密的旋转定位装置上，并接收一远场辐射信号，在N 个预定的角位置，在天线端口精确地测出天线的幅度相位值，接着进行矩阵求 逆运算得到孔径的相位和幅度值。该方法的关键在于要有精密的旋转定位装置。换相测量法由俄罗斯科学家提出，其基本思想就是在探头和被测天线均固 定的条件下给相控阵天线不同的配相，利用探头接收到的信号建立以单元激励 为未知数的矩阵方程(又称测量方程)，通过求解矩阵方程得到各单元的激励。 该方法的突出优点是通过一次测量就可以得到所有配相状态下的辐射特性，不 需要附加的测量就可得到天线的方向图、增益等特性，测量周期短，是一种非 常高效的测量方法。该方法需要极其复杂的控制，建立测量所需的软件和硬件 费用很大。该方法的最大缺点是探头采样信息量不足，为求得矩阵方程的唯一 解，必须利用移相器的先验信息一一移相器换相时传输系数模和相移变化的统 计平均值，这极大的影响了该方法的工程通用性，制约了该技术的发展。REV ( Rotating-element Electric Field Vector)方法是日本三菱电气^>司(Mitsubishi Electric Corporation )上世纪八十年代在机载有源相控阵天线的开 发过程中提出的一种相控阵天线检测校正方法。它是一种基于功率测量的方法， 通过连续改变被测单元移相器的相位，其余所有单元相位状态不变，测量接收 功率的变化，然后计算出各单元产生的电场相对于初始合成场的相对幅度和相 对相位，由此可以确定各单元的幅相一致性。REV方法虽然数据处理简单，但存在解的模糊性问题，并要求相位连续改变。其它的一些外才交准方法如Ron Sorace提出的一种在四个正交相位状态下 根据功率采样结果进行单元幅度和相位校正的方法，具体校准方法为为了校 准阵列第n个通道的幅相，将所有通道的相位设置成阵波束指向某一特定方位 (如基站)，把此时相位状态记作O状态，在第n个通道所有相位状态下测量所 接收到的或所发射的功率，把产生最大功率的设置与所假设的O状态设置的差作 为校准偏移。对阵列中的每个阵元重复该过程，并根据检测误差调整每个通道 的前次相位校正。重复阵列的相位校准和校正直到相位误差在低于可接收的程 度时达到收敛，这样就形成了每个通道的新校正值。RonSorace的方法不必在 所有相位状态下进行测量，只在四个正交相位状态(0°、 180。、 90。和270。)下 进行测量，根据测量值就可得到最大校准偏移量的似然估值。该方法必须在四 个正交相位状态下才能校准，适用性差。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种能在简单软件 和硬件环境下即可精确实现阵列天线校准的外校准的方法，实现对阵列天线各 通道幅度和相位的一致性校正。 、本专利技术的技术解决方案是 一种相位可变功率^r测的阵列天线外^f交准的方 法，通过以下步骤实现第一步，功率源馈电，辅助天线接收到信号后，功率检测器测得阵列天线的初始合成场l ￡° I2,初始合成场经A/D转换器转换为数字信号传输给才交正处 理器；第二步，控制器控制阵列天线的第一通道的移相器移相，移相量分别为 A伊u 、 、 A&、…A^w,功率检测器分别测得第一通道移相器N个相位状态下阵列天线的合成场4。&12、 A13、…f,对应的功率凡五,，并经A/D转换器转换为数字信号传输给校正处理器，其中N是移相器 的相位状态数；第三步，校正处理器以l&〕为参考对 式(1 ) ~公式(N-1 ),012013,归一化得/>J 111 —1134 ! |2 ^。！ 212 = |l —々*' (1 )|2 /|1 — 4々'(1 _,炉12 )|! |2 / 4 31' H1 — (1 _6麵)l2小—」,一 (1 —产)|2(1)(2)! |2 / 4 iv H1 — V, (1 —e )l2小—々颠(1 )1(N國1)其中4e御、a+7A, 4=&， ^为第一通道相对于初始合成场矢量的幅度误五o 五o差，A^为第一通道相对于合成场矢量的相位误差， 1 — gW伊"=i — cos(A仍J — Jsin(Apn) = + ， i _ 一化，=i — cos(Api2) — /sin(A化)="12 + ' 1 -々"=1 — cos(A化)_ /'sin(A仍3) = "13 +说3 ，卜= 1 - cos(A0lw) - /sin(—w) = % +礼；第四步，在校正处理器中对公式(1) 公式(N本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种相位可变功率检测的阵列天线外校准的方法，其特征在于通过以下步骤实现： 第一步，功率源（３）馈电，辅助天线（７）接收到信号后，功率检测器（８）测得阵列天线（６）的初始合成场功率｜＊↓［０］｜↑［２］，并经Ａ／Ｄ转换器（９）转换为数字 信号传输给校正处理器（１０）； 第二步，控制器（４）控制阵列天线（６）的第一通道的移相器（１）移相，移相量分别为Δφ↓［１１］、Δφ↓［１２］、Δφ↓［１３］、…Δφ↓［１Ｎ］，功率检测器（８）分别测得第一通道移相器Ｎ个相位状态下阵列 天线（６）的合成场＊↓［０１１］、＊↓［０１２］、＊↓［０１３］、…＊↓［０１Ｎ］对应的功率｜＊↓［０１１］｜↑［２］、｜＊↓［０１２］｜↑［２］、｜＊↓［０１３］｜↑［２］、…｜＊↓［０１Ｎ］｜↑［２］，并经Ａ／Ｄ转换器（９）转换为数字信号传输给校正处理器（１０），其中Ｎ是移相器（１）的相位状态数； 第三步，校正处理器（１０）以｜＊↓［０１１］｜↑［２］为参考对｜＊↓［０１２］｜↑［２］、｜＊↓［０１３］｜↑［２］、…｜＊↓［０１Ｎ］｜↑［２］，归一化得公式（１）～公 式（Ｎ－１）， Ｐ↓［１１２］＝｜＊↓［０１１］｜↑［２］／｜＊↓［０１２］｜↑［２］＝｜１－Ａ↓［１］ｅ↑［ｊΔφ↓［１］］（１－ｅ↑［ｊΔφ↓［１１］］）｜↑［２］／｜１－Ａ↓［１］ｅ↑［ｊΔφ↓［１］］（１－ｅ↑［ｊΔφ↓［１２ ］］）｜↑［２］ （１） Ｐ↓［１１３］＝｜＊↓［０１１］｜↑［２］／｜＊↓［０１３］｜↑［２］＝｜１－Ａ↓［１］ｅ↑［ｊΔφ↓［１］］（１－ｅ↑［ｊΔφ↓［１１］］）｜↑［２］／｜１－Ａ↓［１］ｅ↑［ｊΔφ↓［１］］（１－ｅ↑［ｊ Δφ↓［１３］］）｜↑［２］ （２） …… …… Ｐ↓［１１Ｎ］＝｜＊↓［０１１］｜↑［２］／｜＊↓［０１Ｎ］｜↑［２］＝｜１－Ａ↓［１］ｅ↑［ｊΔφ↓［１］］（１－ｅ↑［ｊΔφ↓［１１］］）｜↑［２］／｜１－Ａ↓［１］ｅ↑ ［ｊΔφ↓［１］］（１－ｅ↑［ｊΔφ↓［１Ｎ］］）｜↑［２］ （Ｎ－１） 其中Ａ↓［１］ｅ↑［ｊΔφ↓［１］］＝α↓［１］＋ｊβ↓［１］，Ａ↓［１］＝Ｅ↓［１］／Ｅ↓［０］，Ｅ↓［１］／Ｅ↓［０］为第一通道相对于初始合成场矢量的幅度 误差，Δφ↓［１］为第一通道相对于合成场矢量的相位误差， １－ｅ↑［ｊΔφ↓［１１］］＝１－ｃｏｓ（Δφ↓［１１］）－ｊｓｉｎ...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：敬红勇，田步宁，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第五研究院第五○四研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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