一种星载阵列天线测向通道幅相误差的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种星载阵列天线测向通道幅相误差的确定方法，针对阵列天线测向通道数目变化、误差分段的特点，在阵列天线测向通道的基本结构上，配置一个校准信号源、一个校准馈源和一个校准处理器，利用开关矩阵开关导通的特点，依次改变开关矩阵的导通关系，得到N路通道对校准信号在开关矩阵不同导通关系下的响应，多个不同状态下的响应组成一个方程组，通过对方程组的求解得到N路通道的相对幅度和相对相位，并由此得到阵列天线测向通道各通道的幅相误差。本发明专利技术的方法操作方便，能够精确确定阵列天线测向通道的幅相误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种星载阵列天线的校准方法，特别是星载阵列天线测向通道幅相误差的确定方法，能够广泛地应用在星载阵列天线系统中。
技术介绍
一般星载阵列天线，尤其是星载调零天线，测向通道由阵列天线的N路通信通道耦合而来，在对干扰进行测向时，为了减小后续测向处理部分的规模，简化系统结构，使用开关矩阵从N路测向通道中选取M路进行处理(M代表处理维数，2N)，但同时也把阵列天线测向通道分为两段，即开关矩阵前的N路通道和开关矩阵后的M路通道，继而使得阵列天线测向通道幅相误差分为开关矩阵前的N路通道误差和开关矩阵后的M路通道误差两部分，公开资料均没有对这种数目变化的多段式通道幅相误差的校准方法进行介绍，使得对其进行校准变得困难。为了精确的对干扰进行测向，需要知道天线各通道实际的幅度、相位响应。然而， 实际的幅度、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实际的幅度、相位响应误差并对实际的幅度、相位进行补偿。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采样，再经过幅相监测和比较，得出单元通道幅相误差，辅助天线的架设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。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。Mano 等人提出了 REV (Rotating—element Electric Field Vector)方法，是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。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η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0状态，在第η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0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。Ron Sorace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。该方法数据处理过程复杂，并且花费时间较长。Silverstein提出了 UTE (Unitary Transform Encoding)禾口 CCE (Control Circuit Encoding)校准方法，其中CCE方法主要用于模拟波束形成；UTE方法主要适用于数字波束形成，当用于模拟波束形成时需要增加额外的硬件设施，并且这两种方法都要求正交码的个数要大于等于阵元数，都需要矩阵求逆。以上
技术介绍
均未给出天线通道由于开关矩阵等组件的存在，而使天线通道数目发生变化的情况下如何校准。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种操作方便的星载阵列天线测向通道幅相误差的确定方法，能够精确确定阵列天线测向通道的幅相误差。本专利技术包括如下技术方案，其中星载阵列天线测向通道包括N个接收馈源、N个输入预选器、N个接收机、N个耦合器、一个开关矩阵和M个变频器，所述N大于等于3，2 < M < N ；其特征在于校准信号源通过校准馈源与所述N个接收馈源相连，校准处理器与所述M个变频器相连，所述方法包括如下步骤第一步打开所述校准信号源；第二步以开关矩阵前第1路通道为基准，1路通道在1 N路通道中任意选取；第三步控制开关矩阵的导通方式，使开关矩阵输入的第i、第1路校准信号， i e ，i兴1，从开关矩阵输出的第c路和第d路输出，第c路和第d路是从开关矩阵输出的M路通道中任选两个不同的通道；第c路和第d路通道输出的校准信号经相应通道的变频器变频到基带后，由校准处理器使用基于快速傅里叶变换的幅相特性估计算法对两路校准信号的幅相进行估计，令此时校准处理器估计出的两路校准信号幅相特性为X1, X2 ；第四步控制开关矩阵的导通方式，使开关矩阵输入的第i、第1路校准信号， i e ，i兴1，从开关矩阵输出的第d路和第c路输出，经变频器变频到基带后，由校准处理器使用基于快速傅里叶变换的幅相特性估计算法对两路校准信号的幅相进行估计，令此时校准处理器估计出的两路校准信号幅相特性为Ii, I2 ；第五步校准处理器根据估计得到的两组幅相特性Xl，x2, Y1, y2,计算开关矩阵前 i、l两个通道的幅相误差；所述开关矩阵前第i、第1两个通道的幅度误差为
技术实现思路
W =—=4相位误差为A，土，ι e ，i 乒 1 少2 第六步令i在1 组通道幅相误差^>>'为N之间遍历，且i兴1，以第1路通道为基准，则开关矩阵前N权利要求1. ，其中星载阵列天线测向通道包括 N个接收馈源、N个输入预选器、N个接收机、N个耦合器、一个开关矩阵和M个变频器，所述 N大于等于3，2 < M < N ；其特征在于校准信号源通过校准馈源与所述N个接收馈源相连， 校准处理器与所述M个变频器相连，所述方法包括如下步骤 第一步打开所述校准信号源；第二步以开关矩阵前第1路通道为基准，1路通道在1 N路通道中任意选取； 第三步控制开关矩阵的导通方式，使开关矩阵输入的第i、第1路校准信号，i e ，i兴1，从开关矩阵输出的第c路和第d路输出，第c路和第d路是从开关矩阵输出的M 路通道中任选两个不同的通道；第c路和第d路通道输出的校准信号经相应通道的变频器变频到基带后，由校准处理器使用基于快速傅里叶变换的幅相特性估计算法对两路校准信号的幅相进行估计，令此时校准处理器估计出的两路校准信号幅相特性为X1, X2 ；第四步控制开关矩阵的导通方式，使开关矩阵输入的第i、第1路校准信号，i e , i Φ 1，从开关矩阵输出的第d路和第c路输出，经变频器变频到基带后，由校准处理器使用基于快速傅里叶变换的幅相特性估计算法对两路校准信号的幅相进行估计，令此时校准处理器估计出的两路校准信号幅相特性为Ii, I2 ；第五步校准处理器根据估计得到的两组幅相特性Xl，X2, Y1, y2，计算开关矩阵前i、1 两个通道的幅相误差；所述开关矩阵前第i、第1两个通道的幅度误差为2.根据权利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，楼大年，夏猛，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：