CN104953283A - 一种相控阵天线快速校准方法及校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相控阵天线快速校准方法及校准系统，通过测量和信号随天线单元相位变化4(N-1)次(N为相控阵天线单元个数)的和信号功率值，经过算法演算，就可计算出每个天线单元的相位；改变参考信道，再次测量和信号随天线单元相位变化4(N-1)次的功率值，经过算法演算，就可计算出天线单元的幅度。该方法测量次数少，运算量较小，整个校准过程占用系统的时间开销小，因此该方法具有快速性；整个过程无需进行相位的直接测量，工程实现简单，且功率测量相对于相位测量更加稳定可靠，因此该方法具有稳健性；当相控阵天线的某些通道发生故障时，通过该校准方法获得的其它通道的相位差和幅度值依然有效，不会发生故障扩散，因此该校准方法具有鲁棒性。

Description

一种相控阵天线快速校准方法及校准系统

技术领域

本发明涉及天线测量技术领域，尤其涉及一种相控阵天线快速校准方法及校准系统。

背景技术

在相控阵天线系统中，通过调节每个天线单元的相位就可获得预期的波束扫描。而相控阵单元数量多，由于加工精度等造成的结构不对称，以及器件本身的不一致性，另外天线本身的波动、天线单元之间的互耦等使得每一个天线单元的幅度和相位与预期值不同，从而会使阵列性能达不到最佳工作状态，甚至达不到所要求的技术条件，影响通信质量。因此，相控阵天线组装后之后，需要进行测量和校准，目的就是尽量消除相关误差，使阵列性能达到所要求的技术条件或最佳工作状态。

对于相控阵天线特性进行快速测量和校准的研究一直是相控阵天线研究的热门问题。国内外相控阵天线的校准方法很多，目前主流的校准方法有以下几种：

1.近场测量法，该方法通过探头对围绕阵列闭合面上电场的采样，经过数值计算获得远场方向图和阵列幅相分布。该方法测量精度高，可用于各种体制的阵列天线，但只能在微波暗室中进行，对测量仪器的同步性要求高、扫描时间长，数据量大，测量效率低。

2.旋转矢量法，该方法只要测得和信号功率随天线单元相位变化的正弦曲线，就可计算出每个单元的幅相值，而无需矢量测量仪器。但在实际应用中，若阵列单元数较多，则单个单元造成的曲线变化不明显，且需要校准的时间也较长。

3.互耦校准法，该方法是基于大型阵列的阵中相邻单元的互耦系数是相同的这一基本原理，通过对阵列中相邻单元进行收发测试，由测试数据计算出各有源通道的幅相信息，再根据理想分布进行阵列校准。互耦校准法虽然无需外场测量装置，测试过程简单，但其仅适用于收发共口面的相控阵天线，且辐射单元之间的隔离度不能太大。

4.换相测量法，该方法的基本思想是在相控阵天线和测量探头均保持固定的情况下，测量相控阵天线不同配相状态下探头的接收信号幅相，然后用数学算法对实验数据进行处理即可确定任意配相状态下各通道激励的幅相，进而根据一次试验结果复原所有的方向图。换相测量法的不足之处在于，一般情况下系数矩阵不满秩，在解测量方程时，必须引入其它的先验知识，这样也会导致其测量时间较长，测试效率不高。

以上测量方法的测量速度都不够快，一般用于相控阵天线研制阶段的验证校准工作，不能满足大量工程需求的测量校准。而针对大规模的工程应用，需要一种更快、更稳健的校准方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种相控阵天线快速校准方法及校准系统，无需矢量测量仪器，仅仅测量功率值，即可快速性、稳健地实现工程实现控阵天线快速校准。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

本发明的一种相控阵天线快速校准方法，包括如下步骤：

步骤1、控制相控阵天线接收远场的频率为f的单载波信号，则相控阵天线的第n个天线单元接收到的信号为：

U_n＝A_n·sin(2π·f·t+Φ_n+H_n)

式中，A_n、Φ_n和H_n分别是第n个天线单元接收信号的未知幅度、未知的固有相位以及已知的相位分布；n＝1,2，...，N；N为天线单元的数量；

步骤2、选定N个天线单元中任意一个天线单元作为参考通道；

步骤3、针对选定的参考通道X，将该参考通道的相位分布设置为0°；

对相控阵天线接收的和信号功率进行四轮测量，其中每轮测量均包括N-1次测量，即:在每一轮测量中，除参考通道外，其它N-1个天线单元在N-1次测量中轮流选定为被测通道，对该选定的被测通道的相位分布进行设置后，再将除参考通道和被测通道之外的其它N-2个天线单元的相位分布设定为与被测通道的相位分布相差π，并保证相位分布在0-2π之间；

其中，四轮测量对被测通道的相位分布的设定值分别为：π，0，以及3π/2；

则得到第一轮至第四轮测量的和信号功率分别为P_i，P_i′，和其中下角标i表示第i个天线单元作为被测通道时对应测得的和信号功率值；

将和信号功率P_i，P_i′，和作为P_Σ分别代入到和信号功率P_Σ与各个天线单元通道信号幅值以及相位的关系式中，得到除参考通道外第i个天线单元的固定相位值：

${\mathrm{\Φ}}_i=\mathrm{arctg}\frac{C_i}{D_i}$

式中：

$C_i=(N-4)({\stackrel{\‾}{P}}_i^{\′}-{\stackrel{\‾}{P}}_i)-\underset{h=1,h\≠X,h\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\stackrel{\‾}{P}}_h^{\′}-{\stackrel{\‾}{P}}_h)=4(2N-6)A_X\left[A_i\sin {\mathrm{\Φ}}_i\right]$

$D_i=(N-4)({P_i}^{\′}-P_i)-\underset{h=1,h\≠X,h\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({P_h}^{\′}-P_h)=4(2N-6)A_X\left[A_i\sin {\mathrm{\Φ}}_i\right];$

其中A_X表示参考通道X的理论幅度，为未知数；A_i表示除参考通道X的第i个天线单元的幅度值，i＝1,2，...，N且i≠X；

由此得到第i个天线单元通道与参考通道的幅度复乘积：

$A_X{A}_i=\frac{\sqrt{{C_i}^2+D_i^2}}{4(2N-6)};$

由此，当以通道X为参考通道时，将N个天线单元的幅度复乘积组成序列[X]，其中序列[X]中第X项为未知的参考通道X的幅度；

步骤4、改变参考通道，以天线单元Y作为参考通道，按照步骤3的方法，得到当以通道Y为参考通道时，N个天线单元的幅度复乘积由序列[Y]；其中，序列[Y]中第Y项为未知的参考通道Y的幅度，其中Y≠X；

步骤5、从N个天线单元中选定一个除参考通道X和参考通道Y的任意一个通道Z；

将序列[X]中的各项除以本序列中第Z项后，得到表征各天线单元以通道X为参考通道的绝对幅值序列[X′]；

将序列[Y]中各项均除以本序列中第Z项后，得到表征各天线单元以通道Y为参考通道的绝对幅值序列[Y′]；

令绝对幅值序列[X′]中第X项等于绝对幅值序列[Y′]中第X项的值，即得到参考通道X的绝对幅值；令绝对幅值序列[Y′]中第Y项等于绝对幅值序列[X′]中第Y项的数值，即得到参考通道Y的绝对幅值；

如此，根据得到的各天线单元的固定相位和绝对幅值，即实现了相控阵天线的校准。

本发明的一种相控阵天线快速校准系统，包括待测相控阵天线(1)、转轴(2)、陪测天线(5)、控制设备(4)以及收发信机(3)；

收发信机(3)的发射端口通过测试电缆连接到陪测天线(5)的馈源端口上；待测相控阵天线(1)的接收端经过测试电缆进入收发信机(3)的接收端口；所述相控阵天线(1)固定在所述转轴(2)上；

所述控制设备(4)控制所述转轴(2)转动，使待测相控阵天线(1)和陪测天线(5)的物理中心对齐；同时，控制设备(4)对所述待测相控阵天线(1)的各天线单元的相位分布进行设置；

所述收发信机(3)通过发射端口向所述陪测天线(5)发射所述频率为f的单载波信号，所述陪测天线(5)发射该信号；然后通过接收端接收待测相控阵天线(1)从陪测天线(5)接收的信号，获得所述和信号功率；

所述控制设备(4)根据各天线单元的相位分布以及对应的和信号功率，得到相控阵天线(1)各个天线单元的固定相位和绝对幅值，实现相控阵天线(1)的校准。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过测量和信号随天线单元相位变化4(N-1)次(N为相控阵天线单元个数)的和信号功率值，经过算法演算，就可计算出每个天线单元的相位；改变参考信道，再次测量和信号随天线单元相位变化4(N-1)次的功率值，经过算法演算，就可计算出天线单元的幅度。该方法测量次数少，运算量较小，整个校准过程占用系统的时间开销小，因此该方法具有快速性；整个过程无需进行相位的直接测量，工程实现简单，且功率测量相对于相位测量更加稳定可靠，因此该方法具有稳健性；当相控阵天线的某些通道发生故障时，通过该校准方法获得的其它通道的相位差和幅度值依然有效，不会发生故障扩散，因此该校准方法具有鲁棒性。

附图说明

图1为本发明相控阵天线校准测试图。

其中，1-相控阵天线，2-转轴，3-收发信机，4-控制设备，5-陪测天线。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图并以五元阵为例，对本发明进行详细描述。

步骤1.调整待测相控阵天线1和陪测天线5的相对位置，使其满足远场条件；利用控制设备4控制天线转台的转轴2，使待测相控阵天线1和陪测天线5的物理中心对齐；收发信机3的发射端口通过测试电缆连接到陪测天线5的馈源端口上；待测相控阵天线1的接收端经过测试电缆进入收发信机3的接收端口。

步骤2.控制设备4通过控制总线控制收发信机3打开开关，并设置好所需校准的频点，使收发信机3的发射端口发出功率，且使收发信机3的接收端口处于接收状态；

步骤3.以第一个天线单元作为参考通道，控制设备4通过控制总线控制参考通道的相位为0°，被测通道相位设置为(H_n)₁＝π，n＝2,3,4,5，其余(N-2)通道的相位设置为|(H_n)₁-π|，如表1所示，此时收发信机3的接收端口测得的功率值P_i，i＝2,3,4,5，控制设备4通过控制总线9采集并记录相应的功率值P_i，i＝2,3,4,5；

所测和信号功率为：

$P_{\mathrm{\Σ}}={|\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\·\exp [j\·({\mathrm{\Φ}}_n+H_n)\left]\right|}^2$

也即为：

$P_{\mathrm{\Σ}}={|\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\·\sin [{\mathrm{\Φ}}_n+{\left(H_n\right)}_l\left]\right|}^2+{|\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\·\cos [{\mathrm{\Φ}}_n+{\left(H_n\right)}_l\left]\right|}^2$

第一轮测量：当(H_n)₁＝π时，各单元的移相量如表格1所示：

表格1当(H_n)₁＝π时，各天线单元的移相量

C1	C2	C3	C4	C5	PΣm
						0	π	0	0	0	P2

0	0	π	0	0	P3
						0	0	0	π	0	P4
0	0	0	0	π	P5

此时，所测得和信号功率P_i为：

第二轮测量：当(H_n)₂＝0时，各天线单元的移相量如表格2所示：

表格2当(H_n)₂＝0时，各单元的移相量

C1	C2	C3	C4	C5	PΣm
						0	0	π	π	π	P2′

0	π	0	π	π	P3′
						0	π	π	0	π	P4′
0	π	π	π	0	P5′

此时，所测得和信号功率P_i'为：

第三轮测量：当时，各单元的移相量如表格3所示：

表格3当时，各天线单元的移相量

此时，所测得和信号功率为：

第四轮测量：当(H_n)₄＝3π/2时，各天线单元的移相量如表格4所示：

表格4当(H_n)₄＝3π/2时，各天线单元的移相量

C1

C2

C3

C4

C5

PΣm

此时，所测得和信号功率为：

对上述四轮移相后所得信号功率和进行数据处理：

对于和上式中划线部分相同，相减后可以消去，P_i'和P_i亦类似。

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{P_i^{\′}}-\stackrel{\‾}{P_i}=-4\·\left[A_1\sin \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left[A_i\cos \left({\mathrm{\Φ}}_i\right)\right]+4\·\left[A_1\sin \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left\{\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[A_n\cos \left({\mathrm{\Φ}}_n\right)\right]\}\\ +4\·\left[A_1\cos \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left[A_i\sin \left({\mathrm{\Φ}}_i\right)\right]-4\·\left[A_1\cos \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left\{\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\right[A_n\sin \left({\mathrm{\Φ}}_n\right)\left]\right\}\\ P_i^{\′}-P_i=4\·\left[A_1\sin \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left[A_i\sin \left({\mathrm{\Φ}}_i\right)\right]-4\·\left[A_1\sin \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left\{\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\sin \right[\left({\mathrm{\Φ}}_n\right)\left]\right\}\\ +4\·\left[A_1\cos \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left[A_i\cos \left({\mathrm{\Φ}}_i\right)\right]-4\·\left[A_1\cos \left({\mathrm{\Φ}}_1\right)\right]\·\left\{\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\cos \right[\left({\mathrm{\Φ}}_n\right)\left]\right\}\end{array}\right.$

进一步化简，可得：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{P_i^{\′}}-\stackrel{\‾}{P_i}=4A_1{A}_i\sin ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)-4A_1\left\{\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\right[A_n\sin ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\\ =4A_1\left\{\right[A_i\sin ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\sin ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\\ P_i^{\′}-P_i=4A_1{A}_i\cos ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)-4A_1\left\{\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_n\cos \right[({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\\ =4A_1\left\{\right[A_i\cos ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\cos ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\end{array}\right.$

最终可得：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{P_i^{\′}}-\stackrel{\‾}{P_i}=4A_1\left\{\right[A_i\sin ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\sin ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\\ P_i^{\′}-P_i=4A_1\left\{\right[A_i\cos ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+\underset{n=2,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\cos ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\end{array}\right.$

以i＝2为例，由测量得到的数据，求第2通道的相位。

表格8数据处理过程示意

根据表格8，将除以外的其他项相加得到：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{P_i^{\′}}-\stackrel{\‾}{P_i}=\underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}4A_1\left\{\right[A_i\sin ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+\underset{n=3,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\sin ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\\ =4A_1(N-2)[-A_i\sin ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+(N-4)\underset{n=3,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\sin ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)]\\ \underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i^{\′}-P_i=\underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}4A_1\left\{\right[A_i\cos ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+\underset{n=3,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\cos ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)\left]\right\}\\ =4A_1(N-2)[-A_i\cos ({\mathrm{\Φ}}_i-{\mathrm{\Φ}}_1)]+(N-4)\underset{n=3,n\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[-A_n\cos ({\mathrm{\Φ}}_n-{\mathrm{\Φ}}_1)]\end{array}\right.$

再次整理，可得：

$\left\{\begin{array}{c}(N-4)({\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}-{\stackrel{\‾}{P}}_2)-\underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\stackrel{\‾}{P}}_i^{\′}-{\stackrel{\‾}{P}}_i)=(2N-6)\·4\·A_1\·\left[A_2\sin ({\mathrm{\Φ}}_2-{\mathrm{\Φ}}_1)\right]\\ (N-4)(P_2^{\′}-P_2)-\underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(P_i^{\′}-P_i)=(2N-6)\·4\·A_1\·\left[A_2\cos ({\mathrm{\Φ}}_2-{\mathrm{\Φ}}_1)\right]\end{array}\right.$

即有：

${\mathrm{\Φ}}_2=\mathrm{arctg}\frac{(N-4)\left({{\stackrel{\‾}{P}}_2^{\′}-\stackrel{\‾}{P}}_2\right)-\underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\stackrel{\‾}{P}}_i^{\′}-{\stackrel{\‾}{P}}_i)}{(N-4)(P_2^{\′}-P_2)-\underset{i=3}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(P_m^{\′}-P_i)}$

相位差计算：

Φ_i可以表示如下式：

${\mathrm{\Φ}}_i=\mathrm{arctg}\frac{C_i}{D_i}$

式中：

$C_i=(N-4)(\stackrel{\‾}{{P_i}^{\′}}-\stackrel{\‾}{P_i})-\underset{j=2,j\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\stackrel{\‾}{{P_j}^{\′}}-\stackrel{\‾}{P_j})=4(2N-6)A_1\left[A_i\sin {\mathrm{\Φ}}_i\right]---\left(1\right)$

$D_i=(N-4)({P_i}^{\′}-P_i)-\underset{j=2,j\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({P_j}^{\′}-P_j)=4(2N-6)A_1\left[A_i\cos {\mathrm{\Φ}}_i\right]---\left(2\right)$

可见，只需通过4(N-1)次的相对功率测量，再经过上述算法的解算，就可以求解N-1个未知的相移Φ₂，Φ₃，Φ_i，…Φ_n。值得注意的是这里测量的是相对功率值，而非绝对功率值。

考虑到反正切函数只有在-90°-90°的区间范围内才能单值计算。因此按照如下条件对相位差Φ_i进行求解：

1)若D_i>0则 ${\mathrm{\Φ}}_i=\mathrm{arctg}\frac{C_i}{D_i}$

2)若D_i＝0则，若C_i＞0，Φ_i＝90°，若C_i＜0，Φ_i＝-90°

3)若D_i＜0，C_i≥0则

4)若D_i＜0，C_i≤0则

幅度计算：

由(1)、(2)式消去相位差，便可得到各通道与参考通道的幅度复乘积为：

$A_1{A}_i=\frac{\sqrt{{C_i}^2+D_i^2}}{4(2N-6)}$

由上式可以看出，经过一次校准，得出的各通道幅度均带有一个乘积因子，该因子为参考通道的幅度，为一个未知的常数。第一次校准，以第1阵元为参考通道，求出各阵元相对于参考通道的相对幅度为：

[X]＝[NaN1，A₁A₂，A₁A₃，……，A₁A_N-1，A₁A_N]   (3)

其中第二项A₁A₂为第二通道的相对幅度表达式，可由幅度复乘积公式表示并且可求出具体数值。第一项NaN1为未知项，为参考通道振幅，理论上应该为A₁，但由于A₁无法用上述幅度复乘积公式表示，即无法得到具体数值，因此，采用NaN1表示。

步骤4、若以不同的通道作为参考通道进行二次校准，便可消除这一因子，进而求出各个通道的绝对幅度。例如：第二次校准，以第N阵元为参考通道，求出个阵元相对于参考通道的相对幅度为：

[Y]＝[A₁A_N，A₂A_N，A₃A_N，……，A_N-1A_N，NaNN]   (4)

其中第二项A₂A_N为第二通道的相对幅度表达式，可由幅度复乘积公式表示并且可求出具体数值。第N项NaNN为未知项，为参考通道振幅，理论上应该为A_N，但由于A_N无法用上述幅度复乘积公式表示，即无法得到具体数值，因此，采用NaNN表示。

骤5、将式(3)和式(4)的各项除以各自所求第2通道幅度，分别得到各天线单元的绝对幅值：

$\left[X^{\′}\right]=[\mathrm{NaN}\mathrm{1,1},\frac{A_3}{A_2},......,\frac{A_{N-1}}{A_2},\frac{A_N}{A_2}]---\left(5\right)$

$\left[Y^{\′}\right]=[\frac{A_1}{A_2},1,\frac{A_3}{A_2},......,\frac{A_{N-1}}{A_2},\mathrm{NaNN}]---\left(6\right)$

联合式(5)和式(6)，将数组中各项对应相等，可得两个参考通道的绝对幅度：

$[\frac{A_1}{A_2}\left(\mathrm{NaN}1\right),1,\frac{A_3}{A_2},......,\frac{A_{N-1}}{A_2},\frac{A_N}{A_2}\left(\mathrm{NaNN}\right)]$

则第一项和最后一项即为第一和第N参考通道的绝对幅度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种相控阵天线快速校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、控制相控阵天线接收远场的频率为f的单载波信号，则相控阵天线的第n个天线单元接收到的信号为：

U_n＝A_n·sin(2π·f·t+Φ_n+H_n)

式中，A_n、Φ_n和H_n分别是第n个天线单元接收信号的未知幅度、未知的固有相位以及已知的相位分布；n＝1,2，...，N；N为天线单元的数量；

步骤2、选定N个天线单元中任意一个天线单元作为参考通道；

步骤3、针对选定的参考通道X，将该参考通道的相位分布设置为0°；

对相控阵天线接收的和信号功率进行四轮测量，其中每轮测量均包括N-1次测量，即:在每一轮测量中，除参考通道外，其它N-1个天线单元在N-1次测量中轮流选定为被测通道，对该选定的被测通道的相位分布进行设置后，再将除参考通道和被测通道之外的其它N-2个天线单元的相位分布设定为与被测通道的相位分布相差π，并保证相位分布在0-2π之间；

其中，四轮测量对被测通道的相位分布的设定值分别为：π，0，以及3π/2；

则得到第一轮至第四轮测量的和信号功率分别为P_i，P_i′，和其中下角标i表示第i个天线单元作为被测通道时对应测得的和信号功率值；

将和信号功率P_i，P_i′，和作为P_Σ分别代入到和信号功率P_Σ与各个天线单元通道信号幅值以及相位的关系式中，得到除参考通道外第i个天线单元的固定相位值：

${\mathrm{\Φ}}_i=\mathrm{arctg}\frac{C_i}{D_i}$

式中：

$C_i=(N-4)({\stackrel{\‾}{P}}_i^{\′}-{\stackrel{\‾}{P}}_i)-\underset{h=1,h\≠X,h\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\stackrel{\‾}{P}}_h^{\′}-{\stackrel{\‾}{P}}_h)=4(2N-6)A_X\left[A_i\sin {\mathrm{\Φ}}_i\right]$

$C_i=(N-4)\left({P_i^{\′}-P}_i\right)-\underset{h=1,h\≠X,h\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(P_h^{\′}-P_h)=4(2N-6)A_X\left[A_i\cos {\mathrm{\Φ}}_i\right];$

其中A_X表示参考通道X的理论幅度，为未知数；A_i表示除参考通道X的第i个天线单元的幅度值，i＝1,2，...，N且i≠X；

由此得到第i个天线单元通道与参考通道的幅度复乘积：

$A_X{A}_i=\frac{\sqrt{C_i^2+D_i^2}}{4(2n-6)};$

由此，当以通道X为参考通道时，将N个天线单元的幅度复乘积组成序列[X]，其中序列[X]中第X项为未知的参考通道X的幅度；

步骤4、改变参考通道，以天线单元Y作为参考通道，按照步骤3的方法，得到当以通道Y为参考通道时，N个天线单元的幅度复乘积由序列[Y]；其中，序列[Y]中第Y项为未知的参考通道Y的幅度，其中Y≠X；

步骤5、从N个天线单元中选定一个除参考通道X和参考通道Y的任意一个通道Z；

将序列[X]中的各项除以本序列中第Z项后，得到表征各天线单元以通道X为参考通道的绝对幅值序列[X′]；

将序列[Y]中各项均除以本序列中第Z项后，得到表征各天线单元以通道Y为参考通道的绝对幅值序列[Y′]；

令绝对幅值序列[X′]中第X项等于绝对幅值序列[Y′]中第X项的值，即得到参考通道X的绝对幅值；令绝对幅值序列[Y′]中第Y项等于绝对幅值序列[X′]中第Y项的数值，即得到参考通道Y的绝对幅值；

如此，根据得到的各天线单元的固定相位和绝对幅值，即实现了相控阵天线的校准。

2.一种实现权利要求1所述校准方法的校准系统，其特征在于，包括待测相控阵天线(1)、转轴(2)、陪测天线(5)、控制设备(4)以及收发信机(3)；

收发信机(3)的发射端口通过测试电缆连接到陪测天线(5)的馈源端口上；待测相控阵天线(1)的接收端经过测试电缆进入收发信机(3)的接收端口；所述相控阵天线(1)固定在所述转轴(2)上；

所述控制设备(4)控制所述转轴(2)转动，使待测相控阵天线(1)和陪测天线(5)的物理中心对齐；同时，控制设备(4)对所述待测相控阵天线(1)的各天线单元的相位分布进行设置；

所述收发信机(3)通过发射端口向所述陪测天线(5)发射所述频率为f的单载波信号，所述陪测天线(5)发射该信号；然后通过接收端接收待测相控阵天线(1)从陪测天线(5)接收的信号，获得所述和信号功率；

所述控制设备(4)根据各天线单元的相位分布以及对应的和信号功率，得到相控阵天线(1)各个天线单元的固定相位和绝对幅值，实现相控阵天线(1)的校准。