專利名稱：一種星載陣列天線測向通道幅相誤差的確定方法
技術領域：
本發明涉及一種星載陣列天線的校準方法，特別是星載陣列天線測向通道幅相誤差的確定方法，能夠廣泛地應用在星載陣列天線系統中。
背景技術：
一般星載陣列天線，尤其是星載調零天線，測向通道由陣列天線的N路通信通道耦合而來，在對干擾進行測向時，為了減小后續測向處理部分的規模，簡化系統結構，使用開關矩陣從N路測向通道中選取M路進行處理(M代表處理維數，2N)，但同時也把陣列天線測向通道分為兩段，即開關矩陣前的N路通道和開關矩陣后的M路通道，繼而使得陣列天線測向通道幅相誤差分為開關矩陣前的N路通道誤差和開關矩陣后的M路通道誤差兩部分，公開資料均沒有對這種數目變化的多段式通道幅相誤差的校準方法進行介紹，使得對其進行校準變得困難。為了精確的對干擾進行測向，需要知道天線各通道實際的幅度、相位響應。然而， 實際的幅度、相位響應受各種不可避免的誤差以及制造公差的影響并且是時間和溫度的函數，所以校準被用來確定實際的幅度、相位響應誤差并對實際的幅度、相位進行補償。目前出現的陣列天線校準方法很多，按照校準時其信號注入的不同路徑可以分為內校準和外校準兩大類。外校準包括近場測量、中場測量、遠場測量、換相測量以及REV方法等。外校準是距待測天線一定距離處架設輔助天線進行信號注入或采樣，再經過幅相監測和比較，得出單元通道幅相誤差，輔助天線的架設可在相控陣天線的近場、中場和遠場。與內校準相比， 外校準在天線陣內沒有大量定向耦合器和矩陣開關元件，但某些外校準方法要求被監測的各路應有高頻開關用于接通被測通道。Dan Davis提出了一個遠場測量相控陣天線的模型，它需要一個遠距離測試場、輔助天線和轉臺系統，被測天線裝在一個精密的旋轉定位裝置上，并接收一遠場輻射信號，在 N個預定的角位置，在天線端口精確地測出天線的幅度相位值，接著進行矩陣求逆運算得到孔徑的相位和幅度值。該方法的關鍵在于要有精密的旋轉定位裝置。Mano 等人提出了 REV (Rotating—element Electric Field Vector)方法，是上世紀八十年代在機載有源相控陣天線的開發過程中提出的一種相控陣天線檢測校正方法。它是一種基于功率測量的方法，通過連續改變被測單元移相器的相位，其余所有單元相位狀態不變，測量接收功率的變化，然后計算出各單元產生的電場相對于初始合成場的相對幅度和相對相位，由此可以確定各單元的幅相一致性。REV方法雖然數據處理簡單，但存在解的模糊性問題，并要求相位連續改變。Ron Sorace提出的一種在四個正交相位狀態下根據功率采樣結果進行單元幅度和相位校正的方法，具體校準方法為為了校準陣列第η個通道的幅相，將所有通道的相位設置成陣波束指向某一特定方位(如基站)，把此時相位狀態記作0狀態，在第η個通道所有相位狀態下測量所接收到的或所發射的功率，把產生最大功率的設置與所假設的0狀態設置的差作為校準偏移。對陣列中的每個陣元重復該過程，并根據檢測誤差調整每個通道的前次相位校正。重復陣列的相位校準和校正直到相位誤差在低于可接收的程度時達到收斂，這樣就形成了每個通道的新校正值。Ron Sorace的方法不必在所有相位狀態下進行測量，只在四個正交相位狀態(0°、180°、90°和270° )下進行測量，根據測量值就可得到最大校準偏移量的似然估值。該方法數據處理過程復雜，并且花費時間較長。Silverstein提出了 UTE (Unitary Transform Encoding)禾口 CCE (Control Circuit Encoding)校準方法，其中CCE方法主要用于模擬波束形成；UTE方法主要適用于數字波束形成，當用于模擬波束形成時需要增加額外的硬件設施，并且這兩種方法都要求正交碼的個數要大于等于陣元數，都需要矩陣求逆。以上背景技術均未給出天線通道由于開關矩陣等組件的存在，而使天線通道數目發生變化的情況下如何校準。本發明所要解決的技術問題是提供一種操作方便的星載陣列天線測向通道幅相誤差的確定方法，能夠精確確定陣列天線測向通道的幅相誤差。本發明包括如下技術方案一種星載陣列天線測向通道幅相誤差的確定方法，其中星載陣列天線測向通道包括N個接收饋源、N個輸入預選器、N個接收機、N個耦合器、一個開關矩陣和M個變頻器，所述N大于等于3，2 < M < N ；其特征在于校準信號源通過校準饋源與所述N個接收饋源相連，校準處理器與所述M個變頻器相連，所述方法包括如下步驟第一步打開所述校準信號源；第二步以開關矩陣前第1路通道為基準，1路通道在1 N路通道中任意選取；第三步控制開關矩陣的導通方式，使開關矩陣輸入的第i、第1路校準信號， i e [1，N]，i興1，從開關矩陣輸出的第c路和第d路輸出，第c路和第d路是從開關矩陣輸出的M路通道中任選兩個不同的通道；第c路和第d路通道輸出的校準信號經相應通道的變頻器變頻到基帶后，由校準處理器使用基于快速傅里葉變換的幅相特性估計算法對兩路校準信號的幅相進行估計，令此時校準處理器估計出的兩路校準信號幅相特性為X1, X2 ；第四步控制開關矩陣的導通方式，使開關矩陣輸入的第i、第1路校準信號， i e [l，N]，i興1，從開關矩陣輸出的第d路和第c路輸出，經變頻器變頻到基帶后，由校準處理器使用基于快速傅里葉變換的幅相特性估計算法對兩路校準信號的幅相進行估計，令此時校準處理器估計出的兩路校準信號幅相特性為Ii, I2 ；第五步校準處理器根據估計得到的兩組幅相特性Xl，x2, Y1, y2,計算開關矩陣前 i、l兩個通道的幅相誤差；所述開關矩陣前第i、第1兩個通道的幅度誤差為
發明內容
W =—=
4相位誤差為
A，土，ι e [1，N]，i 乒 1 少2
第六步令i在1 組通道幅相誤差^>>'為
N之間遍歷，且i興1，以第1路通道為基準，則開關矩陣前N
權利要求
1. 一種星載陣列天線測向通道幅相誤差的確定方法，其中星載陣列天線測向通道包括 N個接收饋源、N個輸入預選器、N個接收機、N個耦合器、一個開關矩陣和M個變頻器，所述 N大于等于3，2 < M < N ；其特征在于校準信號源通過校準饋源與所述N個接收饋源相連， 校準處理器與所述M個變頻器相連，所述方法包括如下步驟 第一步打開所述校準信號源；第二步以開關矩陣前第1路通道為基準，1路通道在1 N路通道中任意選取； 第三步控制開關矩陣的導通方式，使開關矩陣輸入的第i、第1路校準信號，i e [1， N]，i興1，從開關矩陣輸出的第c路和第d路輸出，第c路和第d路是從開關矩陣輸出的M 路通道中任選兩個不同的通道；第c路和第d路通道輸出的校準信號經相應通道的變頻器變頻到基帶后，由校準處理器使用基于快速傅里葉變換的幅相特性估計算法對兩路校準信號的幅相進行估計，令此時校準處理器估計出的兩路校準信號幅相特性為X1, X2 ；第四步控制開關矩陣的導通方式，使開關矩陣輸入的第i、第1路校準信號，i e [1， N], i Φ 1，從開關矩陣輸出的第d路和第c路輸出，經變頻器變頻到基帶后，由校準處理器使用基于快速傅里葉變換的幅相特性估計算法對兩路校準信號的幅相進行估計，令此時校準處理器估計出的兩路校準信號幅相特性為Ii, I2 ；第五步校準處理器根據估計得到的兩組幅相特性Xl，X2, Y1, y2，計算開關矩陣前i、1 兩個通道的幅相誤差；所述開關矩陣前第i、第1兩個通道的幅度誤差為
2.根據權利要求1所述的一種星載陣列天線測向通道幅相誤差的確定方法，其特征在于所述星載陣列天線為星載調零天線。
全文摘要
本發明公開了一種星載陣列天線測向通道幅相誤差的確定方法，針對陣列天線測向通道數目變化、誤差分段的特點，在陣列天線測向通道的基本結構上，配置一個校準信號源、一個校準饋源和一個校準處理器，利用開關矩陣開關導通的特點，依次改變開關矩陣的導通關系，得到N路通道對校準信號在開關矩陣不同導通關系下的響應，多個不同狀態下的響應組成一個方程組，通過對方程組的求解得到N路通道的相對幅度和相對相位，并由此得到陣列天線測向通道各通道的幅相誤差。本發明的方法操作方便，能夠精確確定陣列天線測向通道的幅相誤差。
文檔編號G01S3/14GK102426350SQ20111025494
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者夏猛, 張寧, 樓大年 申請人:西安空間無線電技術研究所