CN105842670A - 基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，包括：搭建端射天线有源校正环境；对所述端射天线进行外校，获取一次幅相误差补偿数据；根据暗室探头到所述端射天线的路径差，获取二次幅相误差补偿数据；对所述端射天线进行内校，获得所述端射天线校正的固定补偿系数；对所述端射天线进行接收和发射波瓣测试，以验证校正结果的正确性。本发明可以精确校正端射天线系统的幅相误差,提高了端射天线系统的探测性能。

Description

基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法。

背景技术

在实际应用中，由于天线安装精度有限、单元之间互相耦合以及通道中有源器件状态的变化等因素的影响，相控阵雷达天线各个通道之间难免会存在幅度和相位差异。通道的幅相误差将导致天线增益下降、副瓣抬高，严重影响了雷达的探测性能。

相控阵雷达天线通道的幅相误差主要包括时变误差和固定误差两种。其中，时变误差是指，数字收发通道中功率放大器、混频器、滤波器等有源器件所引起的幅相误差，这种误差会随外界环境的变化而改变较大；固定误差是指，由天线振子安装误差、耦合网络以及射频电缆等无源器件所引起的幅相误差，这种误差受外界环境变化的影响较小。为了保证相控阵雷达天线的探测性能，必须对收发通道的误差进行校正，消除通道间的不一致性。

与传统的边射天线不同，端射天线的最大辐射方向指向阵列排布的轴向，而不是法向，并且其方向系数不是与口径尺成简单的正比例关系。端射天线的这种特性可以有效解决边射天线口径尺寸较大，安装方式受限的问题。因此，端射天线可以很好地与载体共形，具有重要的理论和实际应用价值。然而，目前大多数有源校正方法都是适用于边射天线，而不能用来校正端射天线。

专利CN 105379014A公开了一种多个有源天线的通道联合校正方法及装置，在实现对多个有源天线的通道进行联合校正的同时，可以灵活地扩展需要校正的有源天线。但是，该技术方案无法实现对端射天线的有源校正。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，可以精确校正端射天线系统的幅相误差,提高了端射天线系统的探测性能。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，包括如下步骤：

步骤S1，搭建端射天线有源校正环境；

步骤S2，对所述端射天线进行外校，获取一次幅相误差补偿数据；

步骤S3，根据暗室探头到所述端射天线的路径差，获取二次幅相误差补偿数据；

步骤S4，对所述端射天线进行内校，获得所述端射天线校正的固定补偿系数；

步骤S5，对所述端射天线进行接收和发射波瓣测试，以验证校正结果的正确性。

进一步，所述步骤S1，包括：

步骤S11，搭建所述端射天线有源系统；

步骤S12，设置所述端射天线的摆放位置；

步骤S13，对所述端射天线进行校平；

步骤S14，设置所述暗室探头的中心位置及扫描范围。

进一步，所述步骤S12，包括:将所述端射天线的天线阵面水平放置，其中，端射向朝向所述暗室探头，所述暗室探头的中心位置距离天线阵面水平距离为2～3个信号波长，垂直距离根据天线波束上翘角度进行设置，以保证所述暗室探头位于天线波束上翘方向上。

进一步，所述步骤S2，包括：

对所述端射天线进行接收外校时，控制校正分机通过所述暗室探头发射标准测试信号，所述端射天线的天线单元逐个接收所述标准测试信号，得到并保存所述一次幅相误差补偿数据；

对所述端射天线进行发射外校时，控制所述端射天线的天线单元逐个发射所述标准测试信号，所述校正分机通过所述暗室探头接收来自所述天线单元的信号，根据所述天线单元的排列顺序形成一个数组，得到并保存一次幅相误差补偿数据。

进一步，所述步骤S3，包括：

通过测得所述暗室探头到所述端射天线的各个天线单元的不同距离，计算出信号经过所述暗室探头到各个所述天线单元的幅度差和相位差，得到并保存所述二次幅相误差补偿数据。

进一步，所述步骤S4，包括：

对所述端射天线进行接收内校时，控制所述校正分机发射标准测试信号到内校网络，然后耦合到所述端射天线的天线阵面的各个收发通道，得到接收内校数据；

对所述端射天线进行发射内校时，控制所述各个收发通道逐个发射所述标准测试信号到所述内校网络，然后传输到所述校正分机，得到发射内校数据；

根据所述一次幅相误差补偿数据、二次幅相误差补偿数据、接收内校数据和发射内校数据，得到所述端射天线校正的固定补偿系数。

进一步，所述固定补偿系数包括：接收固定补偿系数和发射固定补偿系数，其中，

所述接收固定补偿系数＝一次幅相误差补偿数据*二次幅相误差补偿数据/接收内校数据；

所述发射固定补偿系数＝一次幅相误差补偿数据*二次幅相误差补偿数据/发射内校数据。

进一步，所述步骤S5，包括：

对所述端射天线进行接收波瓣测试，控制所述校正分机经所述暗室探头发射标准测试信号到所述端射天线阵面，所述端射天线的所有天线单元同时接收数据，利用实时接收内校数据和固定补偿系数对接收波瓣数据进行补偿，对所述接收波瓣数据进行幅相误差校正；

对所述端射天线进行发射波瓣测试，利用实时发射内校数据、固定补偿系数和扫描权系数生成每个天线单元的发射相位码，将所述发射相位码写入发射通道，然后控制所有发射通道发射信号，形成发射波瓣，由所述端射天线阵面传输至所述暗室探头被所述校正分机接收。

根据本发明实施例的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，通过搭建端射天线有源校正环境，合理设置端射天线的位置，分别对端射天线进行外校和内校，计算出两次幅相误差补偿数据和固定补偿系数，再对所述端射天线进行接收和发射波瓣测试，以验证校正结果的正确性。本发明精确校正端射天线系统的幅相误差,提高了端射天线在实际应用中的性能，特别是端射天线系统的探测性能。本发明可应用于机载、星载、飞艇载等各类基于空中运动平台的预警雷达系统设计。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的端射天线有源校正系统搭建示意图；

图3为根据本发明实施例的暗室探头扫描范围示意图；

图4为根据本发明实施例的接收和发射校正示意图；

图5(a)和(b)分别为采用传统方法和本发明提供方法得到的波瓣测试结果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，包括如下步骤：

步骤S1，搭建端射天线有源校正环境。

步骤S11，搭建端射天线有源系统。

参考图2，端射天线有源系统位于暗室内，暗室探头1、用于支撑暗室探头1的支架2、电源模块4、频率源5、功分模块6、校正分机7、收发模块8、信号处理模块9、数据处理模块10、显示终端11。其中，收发模块8连接至校正网络，校正网络进一步连接至端射天线的天线阵面3。

下面分别对端射天线有源系统的各个模块的功能进行说明。

具体地，频率源5用于向整个系统提供时钟信号，功分模块6用于放大来自频率源5的时钟信号并拆分该时钟信号，以供不同硬件模块使用。电源模块4可以根据需要提供不同的电源输入电压。校正分机7用于实现校正信号和波瓣测试信号的收发。收发模块8用于根据系统指令调整天线参数，完成滤波、模数A/D、数模D/A转换等操作，然后将接收的模拟信号变换成后续模块可以处理的数字信号，以及将特定的波束发射出去。信号处理模块9和数据处理模块10分别用于完成波束形成和数据抽取等操作。显示终端11用于提供可视化的操作界面。校正网络负责内校信号在校正分机7和收发模块8之间的耦合传输。天线阵面3用于实现信号的发射和接收。

步骤S12，设置端射天线的摆放位置。

具体地，端射天线有源系统搭建完成之后，将端射天线的天线阵面3水平放置，如图3所示，端射向朝向暗室探头1，暗室探头1的中心位置距离天线阵面3的水平距离为2～3个信号波长，垂直距离根据天线波束上翘角度进行设置，以保证暗室探头1位于天线波束上翘方向上。

步骤S13，对端射天线进行校平。

步骤S14，设置暗室探头的中心位置及扫描范围。

如图3所示，整个天线阵面3有N行M列个天线单元，分别为1-1、1-2…1-M,…N-1、N-2…N-M。外校时，暗室探头1沿水平方向直线来回移动，穿过中心位置。其中，暗室探头1运动轨迹的最左端对准天线单元1-1所在的列。暗室探头1运动轨迹的最右端对准天线单元1-M所在的列。“对准”是指两者垂直投影在一条直线上。

波瓣测试时，暗室探头1移动的区域为由方位扫描范围和俯仰扫描范围共同所决定的一个长方形区域。在此长方形区域里，安排足够多的空间采样点。在波瓣测试过程中暗室探头1按照由左到右、由下到上的顺序移动，经过所有的空间采样点。

步骤S2，对端射天线进行外校，获取一次幅相误差补偿数据。

具体地，校正分机7连接暗室探头1进行信号收发，通过天线外校获取一次幅相误差补偿数据。

首先，对端射天线进行接收外校时，控制校正分机通过暗室探头发射标准测试信号，端射天线的天线单元逐个接收标准测试信号，得到并保存一次幅相误差补偿数据。

参考图4，对端射天线进行接收外校时，根据前面所确定的暗室探头1的运动轨迹，暗室探头1起始位置对准第一列天线单元，校正分机7发射标准测试信号，天线单元1-1接收该标准测试信号。然后，暗室探头1向右移动，对准第二列天线单元时，校正分机7发射标准测试信号，天线单元1-2接收该标准测试信号。以此类推，直到第一行所有天线单元都已接收校正分机7的发射信号。当第一行最后一个天线单元接收完信号后，校正分机7发射标准测试信号，天线单元2-M接收标准测试信号，然后暗室探头1沿同一条直线从右向左移动，使第二行的所有天线单元接收完校正分机7发射的信号。按照这种方式，最终使阵面的所有天线单元依次接收完校正分机7发射的标准测试信号。

然后，对端射天线进行发射外校时，控制端射天线的天线单元逐个发射标准测试信号，校正分机通过暗室探头接收来自天线单元的信号，根据天线单元的排列顺序形成一个数组，得到并保存一次幅相误差补偿数据。

具体地，天线单元1-1向校正分机7发射该标准测试信号。然后，由天线单元1-2向校正分机7发射标准测试信号。以此类推，最终使阵面的所有天线单元依次向校正分机7发射标准测试信号。校正分机7通过暗室探头1接收上述标准测试信号。

最后，将所有天线单元接收和发射的外校数据按天线单元的顺序排列成一个数组，并保存下来，得到一次幅相误差补偿数据。

步骤S3，根据暗室探头到端射天线的路径差，获取二次幅相误差补偿数据。

通过测得暗室探头1到端射天线的各个天线单元的不同距离，计算出信号经过暗室探头到各个天线单元的幅度差和相位差，即，每个天线单元接收/发射信号的幅度和相位差异，将每个天线单元的幅度和相位差值组成一个复数，并按天线单元的顺序排列，得到并保存二次幅相误差补偿数据。

步骤S4，对端射天线进行内校，获得端射天线校正的固定补偿系数。

具体地，校正分机7通过校正开关12连接校正网络进行信号收发，通过天线内校，并结合两次幅相误差补偿数据，得到固定补偿系数。

首先，对端射天线进行接收内校时，控制校正分机发射标准测试信号到内校网络，然后耦合到端射天线的天线阵面的各个收发通道，得到接收内校数据。

然后，对端射天线进行发射内校时，控制各个收发通道逐个发射标准测试信号到内校网络，然后传输到校正分机，得到发射内校数据。

最后，根据一次幅相误差补偿数据、二次幅相误差补偿数据、接收内校数据和发射内校数据，得到端射天线校正的固定补偿系数。

在本发明的一个实施例中，固定补偿系数包括：接收固定补偿系数和发射固定补偿系数。

如图4所示，对端射天线进行接收内校时，校正开关12依次接通N行校正网络。在接通第一行校正网络时，校正分机7依次发射标准测试信号，耦合到天线阵面3第一行的每一个接收通道；接通第二行校正网络时，校正分机7依次发射标准测试信号，耦合到阵面第二行的每一个接收通道，依次类推，直到所有接收通道接收完数据。最后，将所有的接收内校数据按照天线通道的顺序排列成一个数组，并保存。将每个天线单元的两次接收幅相误差补偿数据相乘，然后除以接收内校数据，得到接收的固定补偿系数，并保存下来。

即，接收固定补偿系数＝一次幅相误差补偿数据*二次幅相误差补偿数据/接收内校数据。

对端射天线进行发射内校时，天线阵面3第一行的每一个接收通道发射标准测试信号，通过校正网络耦合到校正分机7，然后第二行的每一个接收通道发射标准测试信号，通过校正网络耦合到校正分机7，依次类推，直到所有接收通道发射完信号，信号通过校正网络耦合到校正分机7。最后，将所有的发射内校数据按照天线通道的顺序排列成一个数组，并保存。将每个天线单元的两次接收幅相误差补偿数据相乘，然后除以发射内校数据，得到发射的固定补偿系数，并保存下来。

即，发射固定补偿系数＝一次幅相误差补偿数据*二次幅相误差补偿数据/发射内校数据。

步骤S5，对端射天线进行接收和发射波瓣测试，以验证校正结果的正确性。

首先，校正分机7连接至暗室探头1，探头按图3所示的扫描区域移动。对端射天线进行接收波瓣测试，暗室探头1经过每个空间采样点时，控制校正分机经暗室探头发射标准测试信号到端射天线阵面，端射天线的所有天线单元同时接收数据，接收完探头移动区域内所有空间采样点的波瓣数据后，进行接收内校。利用实时接收内校数据和固定补偿系数对接收波瓣数据进行补偿。具体地，将接收内校数据和前面得到的接收固定系数相乘，得到接收预补偿数据，最终形成波瓣，对接收波瓣数据进行幅相误差的校正。

然后，对端射天线进行发射波瓣测试，利用实时发射内校数据、固定补偿系数和扫描权系数生成每个天线单元的发射相位码。具体地，将发射内校数据和前面得到的发射固定数据相乘，得到发射预补偿数据，计算发射预补偿数据的相位，得到每个天线单元的发射相位码，然后将发射相位码写入发射通道。探头经过每个空间采样点时，所有天线单元根据写入的发射相位码同时发射信号，形成发射波瓣，由端射天线阵面传输至暗室探头1，校正分机7通过暗室探头1接收信号。

图5(a)和(b)分别为采用传统方法和本发明提供方法得到的波瓣测试结果示意图。比对图5(a)和图5(b)可以看出，应用本发明对端射天线进行波瓣测试，以精确校正端射天线系统的幅相误差。

根据本发明实施例的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，通过搭建端射天线有源校正环境，合理设置端射天线的位置，分别对端射天线进行外校和内校，计算出两次幅相误差补偿数据和固定补偿系数，再对所述端射天线进行接收和发射波瓣测试，以验证校正结果的正确性。本发明精确校正端射天线系统的幅相误差,提高了端射天线在实际应用中的性能，特别是端射天线系统的探测性能。本发明可应用于机载、星载、飞艇载等各类基于空中运动平台的预警雷达系统设计。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (8)

1.一种基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，搭建端射天线有源校正环境；

步骤S2，对所述端射天线进行外校，获取一次幅相误差补偿数据；

步骤S3，根据暗室探头到所述端射天线的路径差，获取二次幅相误差补偿数据；

步骤S4，对所述端射天线进行内校，获得所述端射天线校正的固定补偿系数；

步骤S5，对所述端射天线进行接收和发射波瓣测试，以验证校正结果的正确性。

2.如权利要求1所述的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：

步骤S11，搭建所述端射天线有源系统；

步骤S12，设置所述端射天线的摆放位置；

步骤S13，对所述端射天线进行校平；

步骤S14，设置所述暗室探头的中心位置及扫描范围。

3.如权利要求2所述的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，所述步骤S12，包括:将所述端射天线的天线阵面水平放置，其中，端射向朝向所述暗室探头，所述暗室探头的中心位置距离天线阵面水平距离为2～3个信号波长，垂直距离根据天线波束上翘角度进行设置，以保证所述暗室探头位于天线波束上翘方向上。

4.如权利要求1所述的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：

对所述端射天线进行接收外校时，控制校正分机通过所述暗室探头发射标准测试信号，所述端射天线的天线单元逐个接收所述标准测试信号，得到并保存所述一次幅相误差补偿数据；

对所述端射天线进行发射外校时，控制所述端射天线的天线单元逐个发射所述标准测试信号，所述校正分机通过所述暗室探头接收来自所述天线单元的信号，根据所述天线单元的排列顺序形成一个数组，得到并保存一次幅相误差补偿数据。

5.如权利要求1所述的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：

通过测得所述暗室探头到所述端射天线的各个天线单元的不同距离，计算出信号经过所述暗室探头到各个所述天线单元的幅度差和相位差，得到并保存所述二次幅相误差补偿数据。

6.如权利要求1所述的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：

对所述端射天线进行接收内校时，控制所述校正分机发射标准测试信号到内校网络，然后耦合到所述端射天线的天线阵面的各个收发通道，得到接收内校数据；

对所述端射天线进行发射内校时，控制所述各个收发通道逐个发射所述标准测试信号到所述内校网络，然后传输到所述校正分机，得到发射内校数据；

根据所述一次幅相误差补偿数据、二次幅相误差补偿数据、接收内校数据和发射内校数据，得到所述端射天线校正的固定补偿系数。

7.如权利要求6所述的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，所述固定补偿系数包括：接收固定补偿系数和发射固定补偿系数，其中，

所述接收固定补偿系数＝一次幅相误差补偿数据*二次幅相误差补偿数据/接收内校数据；

所述发射固定补偿系数＝一次幅相误差补偿数据*二次幅相误差补偿数据/发射内校数据。

8.如权利要求1所述的基于双重补偿的端射天线系统有源校正方法，其特征在于，所述步骤S5，包括：

对所述端射天线进行接收波瓣测试，控制所述校正分机经所述暗室探头发射标准测试信号到所述端射天线阵面，所述端射天线的所有天线单元同时接收数据，利用实时接收内校数据和固定补偿系数对接收波瓣数据进行补偿，对所述接收波瓣数据进行幅相误差校正；

对所述端射天线进行发射波瓣测试，利用实时发射内校数据、固定补偿系数和扫描权系数生成每个天线单元的发射相位码，将所述发射相位码写入发射通道，然后控制所有发射通道发射信号，形成发射波瓣，由所述端射天线阵面传输至所述暗室探头被所述校正分机接收。