CN109245834B - 一种天线阵列射频幅相误差的补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线阵列射频幅相误差的补偿系统，包括射频目标模拟装置、矢量网络分析仪、主控计算机、三轴转台、射频标校装置和射频红外波束复合装置；射频目标模拟装置由天线阵列、矩阵开关、目标控制计算机、信号源、衰减模块、移相模块组成，用于产生所模拟的目标散射射频信号特征；信号源输出的射频信号分成二路：一路由衰减模块接收，经过衰减的信号经移相模块移相后，经过矩阵开关选择天线阵列中的发射天线，由发射天线发射出所要模拟的射频信号；另一路发送给矢量网络分析仪；本发明能够实现宏观几何结构都是平板式的各类型的波束复合装置插入到暗室后，对原有天线阵列辐射信号的幅相一致性引入的误差进行补偿，改善工作区场的特性。

Description

一种天线阵列射频幅相误差的补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及一种天线阵列射频信号误差补偿方法，特别是涉及一种天线阵列射频幅相误差的补偿方法及系统。
背景技术
为了在实验室环境内为射频/光学复合探测及制导系统提供逼近真实目标射频/光学特征的物理辐射信号，就需要同时模拟同一目标的射频和光学辐射特征。一般射频目标由暗室中的天线阵列模拟，而光学目标由光学目标模拟装置模拟。由于射频天线和光学目标模拟装置要从不同的位置、不同方向分别产生信号，必须使用波束复合装置完成射频信号和光学信号的复合，以保证射频信号和光学信号沿同一传播方向同时进入被测设备，因此波束复合装置就成为半实物仿真的关键部件。
典型的射频/光学波束复合装置例如：镀有红外反射膜的介质基板(一种红外/激光/微波/毫米波波束合成装置，普通发明专利，专利号：ZL201310071451.X)、频率选择表面、衍射光学元件(红外射频波束合成装置，专利号：ZL200610120495.7)、金属网栅结构、介质薄膜(薄膜式红外-雷达波束合成器，专利号：CN101303407)、漫反射屏以及金属网栅结构等。一般上述各类型的波束复合装置宏观几何结构都是平板式，应用时都要插入到射频和光学传播路径中，对射频波束和光束产生影响，进而引起误差。例如对光波的反射角度误差可通过调节波束复合器光学反射面的倾角解决，具体调试方法可参考专利“拼接式红外/微波波束合成装置红外调试方法”(专利号：ZL201410095532.8)。而对于波束复合器插入到暗室后，对原有天线阵列辐射信号的幅相一致性会产生影响，导致幅相的一致性变差，必须经过误差补偿才能应用于被测设备的仿真或测试。为此，提出一种射频/光学波束复合装置引入天线阵列射频幅相误差的补偿方法。
发明内容
本发明提供了一种射频/光学波束复合装置引入天线阵列射频幅相误差的补偿方法，其能够补偿射频/光学波束复合器插入到暗室后引入的天线阵列辐射信号的幅相一致性误差。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种天线阵列射频幅相误差的补偿系统，包括
射频目标模拟装置、矢量网络分析仪、主控计算机、三轴转台、射频标校装置和射频红外波束复合装置；
所述的射频目标模拟装置由天线阵列、矩阵开关、目标控制计算机、信号源、衰减模块、移相模块组成，用于产生所模拟的目标散射射频信号特征，包括角度信息、强度特征和时间特征等；信号源输出的射频信号分成二路：一路由衰减模块接收，经过衰减的信号经移相模块移相后，经过矩阵开关选择天线阵列中的发射天线，由发射天线发射出所要模拟的射频信号；另一路发送给矢量网络分析仪；所述信号源、矢量网络分析仪、衰减模块、移相模块、矩阵开关和天线阵列之间用射频电缆连接；
所述的主控计算机分别通过信号电缆与三轴转台和目标控制计算机连接，用于整个系统的控制，主要用于控制三轴转台的姿态和射频目标模拟装置的模拟角度；
所述的三轴转台与射频标校装置通过机械结构连接，用于射频标校装置指向的控制；
所述的射频标校装置通过机械安装接口安装在三轴转台上，与矢量网络分析之间通过射频电缆连接，用于接收天线阵列输出的射频信号，并输出到矢量网络分析仪；
所述的矢量网络分析仪用于对信号源输出的信号和射频标校装置的信号进行信号处理获得射频标校装置相对信号源的射频信号幅度和相位，并将结果发送给目标控制计算机；所述的目标控制计算机与矢量网络分析之间通过信号电缆连接；
所述的射频红外波束复合装置位于射频标校装置和天线阵列之间，由射频信号透射通过。
所述的目标控制计算机与矩阵开关、移相模块和衰减模块之间用信号电缆连接，用于控制衰减模块的衰减量，移相模块的相位移动量和矩阵开关的通断。
所述的信号源输出的射频信号先经衰减模块后被移向模块接收，也可先被移相模块接收再被衰减模块接收。
进一步地，信号源和衰减模块、移相模块、矩阵开关、矢量网络分析仪之间的射频通路上放置射频隔离器，防止射频信号的相互干扰。
本发明还提供了一种天线阵列射频幅相误差的补偿方法，包括以下步骤：
S1、系统准备
S11、系统中所有设备连接调试到位且工作正常；
S12、对目标阵列的天线进行编号从1～N，共N个天线，天线的角位置是(Qvi，Qhi)，其中i＝1～N；Qv表示俯仰角，Qh表示方位角；
S13、设定信号源输出频率；
S14、设定信号源强度，应保证即使衰减模块衰减到最大时，射频标校装置仍能够稳定接收；
S15、所有衰减模块、移相模块置零；
S16、主控计算机控制三轴转台和射频目标模拟装置运动到零位或初始化设定的位置；
S2、波束复合装置安装前幅相一致性检验
S21、主控计算机控制矩阵开关选取天线阵列中的编号为i号的天线辐射信号，同时控制三轴转台指向(Qvi，Qhi)；
S22、射频标校装置结合矢量网络分析仪测量此时接收到的相对幅度E0i和相位P0i；
S23、重复步骤S21～步骤S22，直到测量完1～N个天线的相对幅度和相位；
S24、计算N个天线的相对幅度和相位的指标，相对幅度指标是峰谷值Epv和均方根值Erms；相位指标是峰谷值Ppv和均方根值Prms；
S3、判定幅相一致性检验指标是否满足要求，如果满足指标要求则进入步骤S4；如果不能满足指标要求则重复步骤S1或步骤S2，排除系统是否有问题；正常情况下如果当前系统无法满足指标要求，则安装波束复合装置后必定不能满足指标要求；
S4、安装波束复合装置；
S5、波束复合装置安装后进行幅度相位一致性误差测试，具体与步骤S2的过程相同，N个天线的相对幅度和相位分别是Ei、Pi；
S6、生成幅度相位误差补偿表
S61、计算N个天线的相对幅度和相位的最小值分别是Eimin、Pimin；
S62、计算相对幅度和相位的补偿值ΔEi＝Ei-Eimin、ΔPi＝Pi-Pimin；
S63、将步骤S62的计算得到的补偿值按照目标控制计算机的数据格式
要求放置到目标控制计算机中；
S7、幅度相位误差补偿后测试
S71、主控计算机控制天线阵列中的编号为i号的天线辐射信号，同时控制三轴转台指向(Qvi，Qhi)；
S72、目标控制计算机结合矢量网络分析仪根据步骤S6生成的幅度相位误差补偿表设置衰减模块的衰减量为ΔEi，设置移相模块的移相值为ΔPi；
S73、射频标校装置测量此时接收到的相对幅度E1i和相位P1i；
S74、重复步骤S71～步骤S72，直到测量完1～N个天线的相对幅度和相位；
S75、计算N个天线的相对幅度和相位的指标，相对幅度指标是峰谷值Epv1和均方根值Erms1；相位指标是峰谷值Ppv1和均方根值Prms1；
S8、判定补偿后的幅相一致性指标是否满足要求，如果满足指标要求则结束；如果不能满足指标要求则重复步骤S5～步骤S7。
本发明具有以下有益效果：本发明能够实现宏观几何结构都是平板式的各类型的波束复合装置插入到暗室后，对原有天线阵列辐射信号的幅相一致性引入的误差进行补偿，改善工作区场的特性。
附图说明
图1为本发明的一种射频/光学波束复合装置引入天线阵列射频幅相误差的补偿方法系统组成图。
图2为本发明的一种射频/光学波束复合装置引入天线阵列射频幅相误差的补偿方法实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的一种天线阵列射频幅相误差的补偿系统，包括射频目标模拟装置、矢量网络分析仪、主控计算机、三轴转台、射频标校装置和射频红外波束复合装置；所述的射频目标模拟装置1，包括矩阵开关5、天线阵列6、目标控制计算机7、信号源2、衰减模块3、移相模块4。用于产生所模拟的目标散射射频信号12特征，包括角度信息、强度特征和时间特征等。信号源2输出的射频信号分成二路：一路由衰减模块3接收，经过衰减的信号再经过移相模块4移相，之后经过矩阵开关5选择天线阵列6中的发射天线，由发射天线发射出所要模拟的射频信号12；另一路发送给矢量网络分析仪8。信号源2、矢量网络分析仪8、衰减模块3、移相模块4、矩阵开关5和天线阵列6之间用射频电缆连接。目标控制计算机7可控制衰减模块3的衰减量，移相模块4的相位移动量和矩阵开关5的通断。目标控制计算机7与矩阵开关5、移相模块4和衰减模块3之间用信号电缆连接。
主控计算机9用于整个系统的控制，主要控制三轴转台10的姿态和射频目标模拟装置1的模拟角度。分别通过信号电缆与三轴转台10和目标控制计算机7连接。
三轴转台10用于射频标校装置11指向的控制，与射频标校装置11通过机械结构连接。
射频标校装置11(可参考一种微波毫米波复合校准装置，专利号：ZL201318008100.5；一种射频阵列天线校准装置，专利号：ZL201410659840.9)可接收天线阵列6输出的射频信号12，并输出到矢量网络分析仪8。射频标校装置11通过机械安装接口安装在三轴转台10上。射频标校装置11与矢量网络分析8之间通过射频电缆连接。
矢量网络分析仪8对信号源2输出的信号和射频标校装置11的信号进行信号处理获得射频标校装置11相对信号源2的射频信号幅度和相位。矢量网络分析仪8将结果发送给目标控制计算机7。目标控制计算机7与矢量网络分析8之间通过信号电缆连接。
射频红外波束复合装置13位于射频标校装置11和天线阵列6之间，由射频信号12透射通过。
优选的信号源2输出的射频信号12先经衰减模块3后被移向模块4接收，也可先被移相模块4接收再被衰减模块3接收。
优选的信号源2和衰减模块3、移相模块4、矩阵开关5、矢量网络分析仪8等之间的射频通路上可放置射频隔离器，防止射频信号的相互干扰。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种天线阵列射频幅相误差的补偿方法，包括以下步骤：
S1、系统准备
S11、系统中所有设备连接调试到位且工作正常；
S12、对目标阵列的天线进行编号从1～N，共N个天线，天线的角位置是(Qvi，Qhi)，其中i＝1～N；Qv表示俯仰角，Qh表示方位角；
S13、设定信号源输出频率；
S14、设定信号源强度，应保证即使衰减模块衰减到最大时，射频标校装置仍能够稳定接收；
S15、所有衰减模块、移相模块置零；
S16、主控计算机控制三轴转台和射频目标模拟装置运动到零位或初始化设定的位置；
S2、波束复合装置安装前幅相一致性检验
S21、主控计算机控制矩阵开关选取天线阵列中的编号为i号的天线辐射信号，同时控制三轴转台指向(Qvi，Qhi)；
S22、射频标校装置结合矢量网络分析仪测量此时接收到的相对幅度E0i和相位P0i；
S23、重复步骤S21～步骤S22，直到测量完1～N个天线的相对幅度和相位；
S24、计算N个天线的相对幅度和相位的指标，相对幅度指标是峰谷值Epv和均方根值Erms；相位指标是峰谷值Ppv和均方根值Prms；
S3、判定幅相一致性检验指标是否满足要求，如果满足指标要求则进入步骤S4；如果不能满足指标要求则重复步骤S1或步骤S2，排除系统是否有问题；正常情况下如果当前系统无法满足指标要求，则安装波束复合装置后必定不能满足指标要求；
S4、安装波束复合装置；
S5、波束复合装置安装后进行幅度相位一致性误差测试，具体与步骤S2的过程相同，N个天线的相对幅度和相位分别是Ei、Pi；
S6、生成幅度相位误差补偿表
S61、计算N个天线的相对幅度和相位的最小值分别是Eimin、Pimin；
S62、计算相对幅度和相位的补偿值ΔEi＝Ei-Eimin、ΔPi＝Pi-Pimin；
S63、将步骤S62的计算得到的补偿值按照目标控制计算机的数据格式
要求放置到目标控制计算机中；
S7、幅度相位误差补偿后测试
S71、主控计算机控制天线阵列中的编号为i号的天线辐射信号，同时控制三轴转台指向(Qvi，Qhi)；
S72、目标控制计算机结合矢量网络分析仪根据步骤S6生成的幅度相位误差补偿表设置衰减模块的衰减量为ΔEi，设置移相模块的移相值为ΔPi；
S73、射频标校装置测量此时接收到的相对幅度E1i和相位P1i；
S74、重复步骤S71～步骤S72，直到测量完1～N个天线的相对幅度和相位；
S75、计算N个天线的相对幅度和相位的指标，相对幅度指标是峰谷值Epv1和均方根值Erms1；相位指标是峰谷值Ppv1和均方根值Prms1；
S8、判定补偿后的幅相一致性指标是否满足要求，如果满足指标要求则结束；如果不能满足指标要求则重复步骤S5～步骤S7。
以上所述具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种天线阵列射频幅相误差的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、系统准备；
S11、系统中所有设备连接调试到位且工作正常；
S12、对目标阵列的天线进行编号从1～N，共N个天线，天线的角位置是(Qvi，Qhi)，其中i＝1～N；Qv表示俯仰角，Qh表示方位角；
S13、设定信号源输出频率；
S14、设定信号源强度，应保证即使衰减模块衰减到最大时，射频标校装置仍能够稳定接收；
S15、所有衰减模块、移相模块置零；
S16、主控计算机控制三轴转台和射频目标模拟装置运动到零位或初始化设定的位置；
S2、波束复合装置安装前幅相一致性检验；
S21、主控计算机控制矩阵开关选取天线阵列中的编号为i号的天线辐射信号，同时控制三轴转台指向(Qvi，Qhi)；
S22、射频标校装置结合矢量网络分析仪测量此时接收到的相对幅度E0i和相位P0i；
S23、重复步骤S21～步骤S22，直到测量完1～N个天线的相对幅度和相位；
S24、计算N个天线的相对幅度和相位的指标，相对幅度指标是峰谷值Epv和均方根值Erms；相位指标是峰谷值Ppv和均方根值Prms；
S3、判定幅相一致性检验指标是否满足要求，如果满足指标要求则进入步骤S4；如果不能满足指标要求则重复步骤S1或步骤S2，排除系统是否有问题；
S4、安装波束复合装置；
S5、波束复合装置安装后进行幅度相位一致性误差测试，具体与步骤S2的过程相同，N个天线的相对幅度和相位分别是Ei、Pi；
S6、生成幅度相位误差补偿表；
S61、计算N个天线的相对幅度和相位的最小值分别是Eimin、Pimin；
S62、计算相对幅度和相位的补偿值ΔEi＝Ei-Eimin、ΔPi＝Pi-Pimin；
S63、将步骤S62的计算得到的补偿值按照目标控制计算机的数据格式要求放置到目标控制计算机中；
S7、幅度相位误差补偿后测试；
S71、主控计算机控制天线阵列中的编号为i号的天线辐射信号，同时控制三轴转台指向(Qvi，Qhi)；
S72、目标控制计算机结合矢量网络分析仪根据步骤S6生成的幅度相位误差补偿表设置衰减模块的衰减量为ΔEi，设置移相模块的移相值为ΔPi；
S73、射频标校装置测量此时接收到的相对幅度E1i和相位P1i；
S74、重复步骤S71～步骤S72，直到测量完1～N个天线的相对幅度和相位；
S75、计算N个天线的相对幅度和相位的指标，相对幅度指标是峰谷值Epv1和均方根值Erms1；相位指标是峰谷值Ppv1和均方根值Prms1；
S8、判定补偿后的幅相一致性指标是否满足要求，如果满足指标要求则结束；如果不能满足指标要求则重复步骤S5～步骤S7。
2.一种天线阵列射频幅相误差的补偿系统，其特征在于，采用权利要求1所述的天线阵列射频幅相误差的补偿方法，包括：
射频目标模拟装置、矢量网络分析仪、主控计算机、三轴转台、射频标校装置和射频红外波束复合装置；
所述的射频目标模拟装置由天线阵列、矩阵开关、目标控制计算机、信号源、衰减模块、移相模块组成，用于产生所模拟的目标散射射频信号特征；信号源输出的射频信号分成二路：一路由衰减模块接收，经过衰减的信号经移相模块移相后，经过矩阵开关选择天线阵列中的发射天线，由发射天线发射出所要模拟的射频信号；另一路发送给矢量网络分析仪；所述信号源、矢量网络分析仪、衰减模块、移相模块、矩阵开关和天线阵列之间用射频电缆连接；
所述的主控计算机分别通过信号电缆与三轴转台和目标控制计算机连接，用于控制三轴转台的姿态和射频目标模拟装置的模拟角度；
所述的三轴转台与射频标校装置通过机械结构连接，用于射频标校装置指向的控制；
所述的射频标校装置通过机械安装接口安装在三轴转台上，与矢量网络分析之间通过射频电缆连接，用于接收天线阵列输出的射频信号，并输出到矢量网络分析仪；
所述的矢量网络分析仪用于对信号源输出的信号和射频标校装置的信号进行信号处理获得射频标校装置相对信号源的射频信号幅度和相位，并将结果发送给目标控制计算机；所述的目标控制计算机与矢量网络分析之间通过信号电缆连接；
所述的射频红外波束复合装置位于射频标校装置和天线阵列之间，由射频信号透射通过；
所述的目标控制计算机与矩阵开关、移相模块和衰减模块之间用信号电缆连接，用于控制衰减模块的衰减量，移相模块的相位移动量和矩阵开关的通断。
3.如权利要求2所述的一种天线阵列射频幅相误差的补偿系统，其特征在于，信号源输出的射频信号先经衰减模块后被移向模块接收，也可先被移相模块接收再被衰减模块接收。
4.如权利要求2所述的一种天线阵列射频幅相误差的补偿系统，其特征在于，信号源和衰减模块、移相模块、矩阵开关、矢量网络分析仪之间的射频通路上放置射频隔离器，防止射频信号的相互干扰。
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