CN108155957B - 数字多波束系统发射零值在线监测方法 - Google Patents

数字多波束系统发射零值在线监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108155957B
CN108155957B CN201711009414.0A CN201711009414A CN108155957B CN 108155957 B CN108155957 B CN 108155957B CN 201711009414 A CN201711009414 A CN 201711009414A CN 108155957 B CN108155957 B CN 108155957B
Authority
CN
China
Prior art keywords
line monitoring
array
transmitting
subarray
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711009414.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108155957A (zh
Inventor
张旭
吴述敏
陈红光
舒炳江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Electronic Technology Institute No 10 Institute of Cetc
Original Assignee
Southwest Electronic Technology Institute No 10 Institute of Cetc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Electronic Technology Institute No 10 Institute of Cetc filed Critical Southwest Electronic Technology Institute No 10 Institute of Cetc
Priority to CN201711009414.0A priority Critical patent/CN108155957B/zh
Publication of CN108155957A publication Critical patent/CN108155957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108155957B publication Critical patent/CN108155957B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/10—Monitoring; Testing of transmitters
    • H04B17/11—Monitoring; Testing of transmitters for calibration
    • H04B17/12—Monitoring; Testing of transmitters for calibration of transmit antennas, e.g. of the amplitude or phase
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0408—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas using two or more beams, i.e. beam diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0691—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using subgroups of transmit antennas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提出的数字多波束系统发射零值在线监测方法，旨在提供一种监测准确，对多波束天线阵面大小、波束个数没有限制的射频闭环在线发射零值监测方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在每个子阵上，将含有m个波束的发射工作信号从n个通道的射频口耦合出来，直接叠加合成送给子阵内子阵内在线监测单元，实时完成m个波束信号的单向测距值，计算出子阵内n个通道内m个波束的实时移相值，然后将子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，得到每个波束信号测得的实时零值；根据信号质量对数据进行拟合得到子阵的在线监测零值，将所有子阵的在线监测零值送到全阵在线监测单元完成拟合，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R0。

Description

数字多波束系统发射零值在线监测方法
技术领域
本发明涉及一种数字多波束系统中设备零值的在线监测方法。这里的“数字多波束系统”包括相控阵、准真时延阵、全真时延阵等，阵面形式包含平面阵、曲面阵和球面阵等。
背景技术
数字多波束系统的基带信号产生和波束合成均在数字域实现,合成后的数字信号经过D/A和上变频变成模拟射频信号,经过天线阵元辐射,在空中形成相应波束。在数字多波束系统中，为了使天线波束的指向准确，必须对各阵元的相位和幅度进行严格控制，且能够在全天候的运行中根据环境变化实时检测调整。在实际应用时，无线信道的不确定性、各通道的射频电路对温度、湿度等环境变化的响应及自身性能的漂移都会影响到理想多波束的形成。信号空间传播时延(真距)在无线电测量中，信号通过发射天线发射，经空间传播后由接收天线接收。所谓的信号空间传播时延是指信号在空间传播过程中所花费的时间。其定义为信号由发射天线相位中心到接收天线相位中心所经历的传播时间。信号空间传播时延反映了信号所走过的真实“路程”(时间与光速之积)，因此在取光速为1的情况下，可将其简单地称为“真距”。在测量系统中，测得的距离值除了信号由发射天线相位中心到接收天线相位中心所经历的传播时间外，还包含了信号在设备内传输的时延，设备内传输的时延通常可以实现标定出，称为“设备零值”，分为“发射零值”和“接收零值”。如果设备的收发时延在测量过程中发生变化，那么就很难将他们精确剥离。阵列多波束天线系统发射零值是包含在测距系统中的一个误差项，该误差项与发射通道组成有关，会随温度等环境因素发生改变。在现有测距系统中，通常通过事先标校将该误差项测量出，用于后端数据处理扣除。随着系统测量精度的提高，尤其是在导航等高精度测量系统中，设备发射零值随温度变化引入的波动将严重影响系统的测量精度，导致系统性能下降，事先标校已无法满足测量精度要求。
此外，在现有数字多波束系统中，无线闭环监测需要在现场建设标校塔或标校杆，对于大型相控阵而言，要满足标校条件的标校塔距离要求远，高度要求高，且受多径影响，监测精度会受到严重影响。子阵内各个通道信号的由于波束形成产生后不同的时延，通过射频口耦合回来直接叠加将会产生误差，误差与波束指向角度相关，而不同波束的指向值不同。由于通道数很多，不能像单天线一样对单个通道逐一零值测量。现有零值标校的做法是射频无线闭环，依赖于标校塔或标校杆，对于阵面大的系统无法在现场进行标校，更无法实现在线实时标校。因此，为满足高精度测量系统需求，有必要对发射零值进行实时在线监测，用于系统测量补偿。
发明内容
为了克服现有数字多波束系统零值监测的不足，提高标校便利性，实现发射零值实时在线监测。本发明提出一种操作简便可靠，监测准确，不需要任何外部系统配合，摆脱对标校塔的依赖，对多波束天线阵面大小、波束个数没有限制的射频闭环在线发射零值监测方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于包括如下步骤：在对数字多波束系统发射零值进行在线监测的过程中，首先，将M个阵元的数字多波束系统分为N个子阵，每个子阵包含n个阵元，每个子阵上设置子阵内在线监测单元，组成射频有线闭环；然后在每个子阵上，将含有m个波束的发射工作信号从n个通道的射频口耦合出来，直接叠加合成送给子阵内子阵内在线监测单元，在子阵内子阵内在线监测单元中实时完成m个波束信号的单向测距值，根据目标指向和阵元坐标计算出子阵内n个通道内m个波束的实时移相值，然后将子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，得到每个波束信号测得的实时零值；根据信号质量对数据进行拟合得到子阵的在线监测零值，将所有子阵的发射零值在线监测送到全阵子阵内在线监测单元完成拟合求平均，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R0。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
1)操作简便可靠。本发明将M个阵元的数字多波束系统分为N个子阵，每个子阵包含n个阵元；然后在每个子阵上将含有m个波束的发射工作信号从n个通道的射频口耦合出来直接叠加合成送给子阵内子阵内在线监测单元，通过射频有线闭环实现在线监测，在子阵内子阵内在线监测单元中实时完成m个波束信号的单向测距，操作简便可靠，避免了无线闭环监测的高成本和复杂度。
2)监测准确，不需要任何外部系统配合。本发明根据目标指向得到子阵内n个通道内m个波束的实时移相值，将每个波束的n个移相值求平均得到该波束的实时移相值为Ti1，Ti2,……Tim；子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，得到每个波束信号测得的实时零值Ri1，Ri2,……Rim，不需要任何外部系统配合，摆脱了对标校塔的依赖，对多波束天线阵面大小、波束个数没有限制。根据信号质量对数据进行拟合得到该子阵的在线监测零值Ri0；多个波束的在线监测和拟合，可以有效剔除出误差较大值。将所有子阵的发射零值在线监测送到全阵子阵内在线监测单元完成拟合求平均，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R0，有效地实现了数字多波束系统发射零值的在线实时监测，避免了由于发射信号根据波束指向变化各通道移相差异引入的测距误差，提高了在线监测精度。
3)在线监测信号为实际工作信号，避免了发射额外标校信号，若产生专门的标校信号，该标校信号将通过天线向空中辐射，影响系统发射性能，同时通过工作信号监测的通道零值能更真实反映工作状态。
本发明操作简单，可适用于任何阵面、任何波束形成方式的数字多波束系统。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本方法做进一步说明。
图1是本发明数字多波束系统发射零值在线监测的原理图。
具体实施方式
参阅图1。数字多波束系统天线阵元采用均匀的方式划分为发射子阵1、发射子阵2…发射子阵N，对应发射组件1、发射组件2…发射组件N；发射组件1、发射组件2…发射组件N对应调制合成模块1、调制合成模块2…调制合成模块N；每个发射子阵包含发射阵元1、发射阵元2…发射阵元n，每个发射组件包含发射通道1、发射通道2…发射通道n，每个调制合成模块包含与调制器1相连的数模转换器DA1、与调制器2相连的数模转换器DA2…与调制器n相连的数模转换器DAn。数字多波束系统发射设备包含M条链路，每个子阵内有n条链路，每条链路对应发射阵元连通发射通道，每个发射通道顺次串联数模转换器DA、调制器。每个子阵上设置子阵内在线监测单元，完成闭环单向测距和数据处理。数字多波束系统发射设备和耦合接收链路的初始零值通过高速示波器事先标出。下面描述具体实施方法。
在对数字多波束系统发射零值进行在线监测的过程中，首先，将M个阵元的数字多波束系统分为N个子阵，每个子阵包含n个阵元，划分方法根据实际阵元排布进行，此处不详述；然后在每个子阵上将含有m个波束的发射工作信号从n个通道的射频口耦合出来直接叠加合成送给子阵内子阵内在线监测单元，在子阵内子阵内在线监测单元中实时完成m个波束信号的单向测距，单向测距方法不详述。子阵内在线监测单元与调制器时钟同步，根据m个波束信号的单向测距，求出第i个子阵内每个波束的测距值分别为Li1，Li2,…Lim。子阵内在线监测单元根据目标指向得到子阵内n个通道内m个波束的实时移相值。子阵内在线监测单元根据波束指向和阵元坐标计算出实时移相值，该方法为数字波束合成移相值计算的成熟方法，不详述。子阵内在线监测单元将每个波束的n个移相值求平均得到波束的实时移相值Ti1，Ti2,……Tim；子阵内在线监测单元将N个子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，得到N个子阵每个波束信号测得的实时零值Ri1，Ri2,……Rim，子阵内在线监测单元根据信号质量对数据进行拟合，剔除误差大的测量值，再将余下数值求平均得到该子阵的在线监测零值Ri0。N个阵元质量对数据，采用拟合公式R0＝(R10+R20+……+RN0)/N计算公式进行拟合，拟合出子阵内误差大的测量值，将余下数值求平均，得到N个阵元子阵的在线监测零值Ri0，将所有子阵的发射零值在线监测送到全阵子阵内在线监测单元完成拟合求平均，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R0。所述i＝1，2，……N。
N个子阵内各波束实时零值Ri1，Ri2,……Rim与子阵内各波束实时闭环测距值Li1，Li2,……Lim及子阵内各波束实时移相值Ti1，Ti2,……Tim的关系为：
Figure GDA0002697540590000041
。上述N为自然数。

Claims (8)

1.一种数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于包括如下步骤：在对数字多波束系统发射零值进行在线监测的过程中，首先，将M个阵元的数字多波束系统分为N个子阵，每个子阵包含n个阵元，每个子阵上设置子阵内在线监测单元，组成射频有线闭环；通过射频有线闭环实现在线监测，在子阵内子阵内在线监测单元中实时完成m个波束信号的单向测距，然后在每个子阵上，将含有m个波束的发射工作信号从n个通道的射频口耦合出来，在子阵内直接叠加合成每个射频口的耦合信号，将耦合信号直接叠加合成送给子阵内子阵内在线监测单元，在子阵内子阵内在线监测单元中实时完成m个波束信号的单向测距值，根据目标指向和阵元坐标计算出该子阵内m个波束对应的n个通道的实时移相值，并将每个波束对应的n个通道的实时移相值进行平均，得到该子阵m个波束的实时移相值Ti1，Ti2,……Tim，子阵内在线监测单元将N个子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，采用拟合公式R0＝(R10+R20+……+RN0)/N计算公式进行拟合，得到N个阵元子阵的在线监测零值Ri0，将N个子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，得到N个阵元每个波束信号测得的实时零值Ri1，Ri2,……Rim；然后根据信号质量对数据进行拟合得到子阵的在线监测零值Ri0，将所有子阵的发射零值在线监测送到全阵子阵内在线监测单元完成拟合求平均，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R0；子阵内在线监测单元将N个子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，得到N个阵元每个波束信号测得的实时零值Ri1，Ri2,……Rim，子阵内在线监测单元根据N个阵元质量对数据，采用拟合公式R0＝(R10+R20+……+RN0)/N计算公式进行拟合，得到N个阵元子阵的在线监测零值Ri0，拟合出子阵内误差大的测量值，将余下数值求平均；将所有子阵的发射零值在线监测送到全阵子阵内在线监测单元完成拟合求平均，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R0，实现了数字多波束系统发射零值的在线实时监测，所述i＝1，2，……N。
2.根据权利要求1所述的数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于，子阵内在线监测单元与调制器时钟同步，根据m个波束信号的单向测距，求出子阵内每个波束的测距值Li1，Li1分别为Li2,…Lim，i＝1，2，…N，N为阵元数。
3.根据权利要求1所述的数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于，子阵内在线监测单元根据波束指向和阵元坐标计算出n个通道针对该波束的实时移相值。
4.根据权利要求1所述的数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于，子阵内在线监测单元根据信号质量对数据进行拟合，剔除误差大的测量值，拟合出子阵内误差大的测量值，再将余下数值求平均，采用拟合公式R0＝(R10+R20+……+RN0)/N计算公式进行拟合，得到N个阵元子阵的在线监测零值Ri0，i＝1，2，……N将所有子阵的发射零值在线监测送到全阵子阵内在线监测单元完成拟合求平均，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R0。
5.根据权利要求1所述的数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于，N个子阵内各波束实时零值Ri1，Ri2,……Rim与子阵内各波束实时闭环测距值Li1，Li2,……Lim及子阵内各波束实时移相值Ti1，Ti2,……Tim的关系为：
Figure FDA0002697540580000021
6.根据权利要求1所述的数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于，数字多波束系统天线阵元划分为发射子阵1、发射子阵2…发射子阵N，对应发射组件1、发射组件2…发射组件N；发射组件1、发射组件2…发射组件N对应调制合成模块1、调制合成模块2…调制合成模块N；每个发射子阵包含发射阵元1、发射阵元2…发射阵元n，每个发射组件包含发射通道1、发射通道2…发射通道n，每个调制合成模块包含与调制器1相连的数模转换器DA1、与调制器2相连的数模转换器DA2…与调制器n相连的数模转换器DAn。
7.根据权利要求1所述的数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于，数字多波束系统发射设备包含M条链路，每个子阵内有n条链路，每条链路对应发射阵元连通发射通道，每个发射通道顺次串联数模转换器DA、调制器。
8.根据权利要求1所述的数字多波束系统发射零值在线监测方法，其特征在于，数字多波束系统发射设备和耦合接收链路的初始零值通过高速示波器事先标出。
CN201711009414.0A 2017-10-25 2017-10-25 数字多波束系统发射零值在线监测方法 Active CN108155957B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711009414.0A CN108155957B (zh) 2017-10-25 2017-10-25 数字多波束系统发射零值在线监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711009414.0A CN108155957B (zh) 2017-10-25 2017-10-25 数字多波束系统发射零值在线监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108155957A CN108155957A (zh) 2018-06-12
CN108155957B true CN108155957B (zh) 2021-01-01

Family

ID=62468676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711009414.0A Active CN108155957B (zh) 2017-10-25 2017-10-25 数字多波束系统发射零值在线监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108155957B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108923799A (zh) * 2018-06-28 2018-11-30 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 在线监测数字多波束系统小环信号的方法
CN112415543A (zh) * 2019-11-27 2021-02-26 中国科学院微小卫星创新研究院 一种基于gpu的上注接收处理机零值信号生成方法
CN111614407B (zh) * 2020-03-30 2022-04-01 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 飞行器测控系统基带零值自动监测方法
CN111638502B (zh) * 2020-04-29 2023-09-05 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 测控通信地面站基于时基的发射单向零值测距系统
CN112054867B (zh) * 2020-08-30 2022-10-28 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 大规模数字阵列信号同步采集系统
CN112260890B (zh) * 2020-09-28 2022-09-02 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 数字阵列时延测量方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103064089B (zh) * 2012-12-28 2014-11-05 中国电子科技集团公司第五十四研究所 卫星导航数字多波束发射阵列天线相位中心的标定方法
CN106950569B (zh) * 2017-02-13 2019-03-29 南京信息工程大学 基于序贯回归方法的多阵元合成孔径聚焦波束形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108155957A (zh) 2018-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108155957B (zh) 数字多波束系统发射零值在线监测方法
CN108107276B (zh) 球面阵天线通道相对幅相特性的近场标校方法
CN109239684B (zh) 基于电磁散射模型的雷达目标回波模拟系统及其模拟方法
CN111193560B (zh) 多目标测控通信天线阵列光纤闭环校准方法
CN102955155B (zh) 一种分布式有源相控阵雷达及其波束形成方法
US20180164407A1 (en) On-site calibration of array antenna systems
JP2021119344A (ja) フェーズドアンテナアレイを試験する方法とシステム
CN111682908B (zh) 基于无人机的相控阵系统收发通道一致性标校方法
CN102135610A (zh) 一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法
Papazian et al. Calibration of millimeter-wave channel sounders for super-resolution multipath component extraction
US20230109403A1 (en) Self-calibrating phased-array transceiver
CN109765437A (zh) 一种全空域相控阵天线的模拟曲面校准系统及方法
CN116047436A (zh) 有源相控阵雷达天线的近场幅相校准方法、系统、设备
CN115021833B (zh) 相控阵天线阵元通道一致性多模并行处理标校方法
CN111638502B (zh) 测控通信地面站基于时基的发射单向零值测距系统
CN110739544A (zh) 一种超宽带共形相控阵天线波束控制系统及方法
CN109633577A (zh) 一种弹载相控阵雷达二维s曲线的测试方法及装置
WO2022237920A2 (zh) 雷达角度校准系统、雷达芯片及设备
CN111273239B (zh) 一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法
CN111239741A (zh) 相控阵天气雷达偏振控制方法及相控阵天气雷达系统
CN113406569A (zh) 一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统
CN111090094B (zh) 脉冲多普勒雷达的双波束角度测量方法、系统及存储介质
CN109905185B (zh) 一种基于飞行器的全空域相控阵天线校准系统及方法
CN112068087B (zh) 一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法
CN109975620A (zh) 一种全空域相控阵被测天线旋转模拟校准系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant