CN109660305A - 一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法中，数字接收机控制校准信号通过和差器馈入接收通道；和差信号经过模拟前端转换成中频信号；利用数字中频接收机对中频校准信号进行采样，由数字下变频进行正交解调，得出正交的和差信号；以1°为间隔控制接收机差通道数控振荡器相位从‑180°～+180°作线性增长；根据正交解调获得的正交的和差信号计算每个相位对应的角误差；根据相位和角误差关系，获得相位补偿值；控制校准信号馈入和差通道，把得到的校正相位应用于差通道NCO，采集16点角误差，计算平均值，作为测量角误差的估值，理想值为已知，计算幅度补偿因子。更换工作频点，重复上述步骤，完成多通道接收机的全部工作频点的相位和幅度校准工作。

Description

一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法

技术领域

本发明涉及一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，属于航天测控和数字通信领域。

背景技术

目前测控系统广泛采用的单脉冲测角跟踪体制，要求和通道、差通道的相位保持一致，天线才能准确对准目标，并进行稳定测角跟踪。单脉冲测控系统和差通道相位幅度不平衡将会影响测角的准确性和跟踪的稳定性。因此，当单脉冲测控系统要进行高精度的跟踪测量，必须对系统设备的和、差通道相位一致性进行精确地标定和校准。通过对单脉冲测控系统进行相位标定可获得系统误差修正系数，并采取有效措施进行数据校准，减小或消除系统误差对测量精度的影响。目前使用单脉冲测角的系统普遍采用的校相方法是，通过在具备远场条件的标校塔放置的信号源产品校准信号，通过相位计等设备测量不同通道的相位差。这些方法对外部依赖较大，方法不够灵活，部分方法工作量大复杂度高。

文献1(苏勋，席文君.双通道跟踪接收机对地校相技术[J].电讯技术，2012，52(3):268-272.)提出了一种利用地面放置信标进行校相标定的方法。即在距地面站天线径向一定距离远处的地面上放置信标，在信标天线与地面站天线之间无遮挡物、可通视环境下进行校相。该技术不需要标校塔，但是仍需要通过外部信标实现校相，且对校相环境有要求，灵活性不高。文献2(宋晓瑞，王元钦，郑海昕等.一种基于正交处理的角跟踪系统数字校相方法[J].电子测量技术，2015，38(10):41-45)提出了一种利用正交信号处理的方法，解决利用360°移相器实现校相的精度不够高和不够灵活的问题。但是该方法主要针对双通道接收机设计，差通道为方位和俯仰信号的合成信号，没有提供多通道情况下的通用校相方法。

专利1(角跟踪系统相位增量校相方法，201310401599.5，2013)提出了一种增量相位标校的方法。即预先在具备标校塔且满足远场标校条件的试验场地获得标校数据，在不具备标校塔的工作现场进行增量标校。该方法降低了对标校塔的依赖，但是仍然需要预先使用标校塔进行校相工作。专利2(测量地面波束波导接收系统的自跟踪相位零值标校装置，201010286832.6，2011)提供了一种利用外部信标装置、信标喇叭和相位测量器进行相位标校的一种方法，不需要建立高成本的标校塔，但该方法需要较多额外的外部设备。专利3(地面站有线分段校相方法，201110245461.1，2012)将产生相位变化的和、差链路分为馈源部分和信道部分前后两段，分别做和差校相，两端校相结果和基带和差通道相位差进行累加得到最终校相值。该方法可复用馈源部分不易变化的校相值，减少校相工作量。但该方法仍然需要借助外部相位计、信号源等设备。

发明内容

本发明提出一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，旨在利用自身的发射机和接收机以及数字信号处理单元，提供一种高效、便捷，不依赖于任何外界条件的全部工作频点下多通道高精度幅度和相位标校方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，以三通道接收机为例，包括如下步骤：

1)、数字接收机控制校准信号通过和差器馈入三个接收通道

2)、和差信号经过模拟前端转换成中频信号。

3)、利用数字中频接收机直接对和差三通道接收到的中频校准信号进行采样，然后采用数字下变频进行正交解调，得出正交的和差信号。

4)、以1°为间隔控制接收机差通道数控振荡器(NCO)相位ψ从-180°～+180°作线性增长。

5)、根据正交解调获得的正交的和差信号计算获得每个相位ψ对应的角误差δ。

6)、根据相位和角误差关系，获得相位补偿值。

7)、控制校准信号馈入和差通道，把前面得到的校正相位应用于差通道NCO，采集16点角误差，并计算平均值，作为测量角误差的估值理想值为已知，因此可以计算得出幅度补偿因子η。

8)、更换其它工作频点，重复步骤1)至步骤7)，完成多通道接收机的全部工作频点的相位和幅度校准工作。

进一步的，步骤1)具体为：用作校相处理信号的校准信号为数字调制信号。

步骤2)中：和差通道中频信号模型表示如下

式中：Σ、Δ为和、差信号的幅度；为和、差信号的相位；如果是四象限天线输入信号做和、差，其差值为0°或180°；η和为和、差通道的幅度和相位不平衡。

进一步的，步骤3)中：中频和、差信号经A/D变换后，进行数字下变频和正交解调，所得信号的模型表示如下

和通道：差通道：

其中ψ为接收机差通道数控振荡器(NCO)的初始相位。

进一步的，步骤5)中：角误差计算模型为

其中k为定向斜率，单位为°/％。在通道校正时，由自身系统提供的校准信号通过和差器馈入接收通道，由系统保证和、差信号的相位差为零，幅度比恒定，即因此上式简化为

进一步的，步骤6)中：获得相位补偿值的方法为：

由于k、η、c稳定，因此，当时，应有也就是说，在正常工作时，初始相位为的差通道中频NCO可以校正相位不平衡对角误差测量的影响。由于在过零点角误差变化率最大，线性最好，插值精度高，在测量角误差向量中查找过零点可以获得比最大值点更高的相位校正精度。因此，寻找中的过零点，即只要即Σ_I·Δ_I+Σ_Q·Δ_Q＝0，此时对应的和差通道相位相差π/2或-π/2。根据过零点的趋势来判断，即判断角度测量值由正渐变为负还是负渐变为正来判断相位差的具体符号，并利用对应于零值角误差两侧的NCO相位进行插值，计算对应于角误差为零时的NCO相位，并把该相位增加90°作为差通道NCO校正相位，即对应于最大角误差的相位值。当用数字相控阵面输入四象限信号做和差时，将同时带来和差的π/2相差，所以最终需要把ψ经0到π的相移后作为校相补偿值作为差通道NCO的校正相位。

进一步的，步骤7)中：计算得出幅度补偿因子的方法为：

相位校正之后，校准信号的角误差测量值为而理想值为因此可以确定幅度不平衡的补偿因子

本发明提供的一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，充分利用了已有数字信号处理单元和收发信道，可高效便捷地实现校正多通道相对于主通道的幅度和相位的差异。数字相控阵面部分通过配相配幅，完成相位幅度参数校正，该参数固定长期可用。使用上述校相校幅方法，阵面后端的多个接收通道不需要任何其它外部辅助设备即可便捷地完成校相校幅，同时通过调整数控振荡器(NCO)相位ψ间隔，可灵活获得需要的校相精度。

附图说明

图1为和差通道数字中频解调原理框图；

图2为数字接收机校相原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

1)建立接收机待校相通道模型：

附图1为和差通道数字中频解调原理框图，其中中频和差信号表示如下

式中：Σ、Δ为和、差信号的幅度；为和、差信号的相位；η和为和、差通道的幅度和相位不平衡。

和差通道正交解调的输出信号如下

和通道：差通道：

其复指数表示形式如下

在理想情况下，因此计算的角误差值为

式中δ为角误差，单位为°；k为定向斜率，单位为°/％。

2)校相过程的实施：

附图2为数字接收机校相原理框图，当和、差通道幅相不一致时角误差为

在通道校正时，由系统提供的校准信号通过和差器馈入接收通道，由系统保证和、差信号的相位差为零，幅度比恒定，即和差信号经过模拟前端转换成中频信号，经A/D变换后，进行数字下变频和正交解调。

数字接收机控制校准信号馈入和差器，以1°为间隔控制接收机差通道数控振荡器(NCO)相位ψ从-180°～+180°作线性增长。此时中频和、差信号经数字下变频后转换为

和通道：差通道：

差比和快了此时角误差计算为

对于校准信号，因此上式简化为

数字接收机根据上式计算角误差，记录对应每点相位的角误差测量值这样，对应于NCO相位向量(ψ₁,ψ₂,ψ₃,…ψ₃₆₀)得到测量角误差向量由于k、η、c稳定，因此，当时，应有也就是说，在正常工作时，初始相位为的差通道中频NCO可以校正相位不平衡对角误差测量的影响。因在过零点变化率最大，线性最好，插值精度高，所以实际系统中，在测量角误差向量中查找过零点可以获得比最大值点更高的相位校正精度。因此，寻找中的过零点，即只要Σ_I·Δ_I+Σ_Q·Δ_Q＝0，此时对应的和差通道相位相差π/2或-π/2。根据过零点的趋势来判断，即判断角度测量值由正渐变为负还是负渐变为正来判断相位差的具体符号，并利用对应于零值角误差两侧的NCO相位进行插值，计算对应于角误差为零时的NCO相位，并把该相位增加90°作为差通道NCO校正相位，即对应于最大角误差的相位值。当用输入四象限信号做和差时，将同时带来和差的π/2相差，所以最终需要把ψ经0到π的相移后作为校相补偿值作为差通道NCO的校正相位。

3)幅度校正的实施：

相位校正之后，校准信号的角误差测量值为而理想值为因此可以确定幅度不平衡的补偿因子获取幅度补偿因子的方法是：控制校准信号馈入和差通道，把前面得到的校正相位应用于差通道NCO，采集16点角误差，并计算平均值，作为测量角误差的估值理想值为已知，因此可以计算得出幅度补偿因子η。

在正常工作状态下，经过相位和幅度校正之后，角误差测量值为

可以看到，经过和、差通道幅相一致性校正之后，角误差的测量值消除了幅相不平衡的影响，从而得到正确的测量结果。对于其他更多通道的接收机而言，本方法同样适用，和通道即为系统的主通道或设定的基准通道，其他的接收通道等效成本方法中的差通道即可。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、数字接收机控制校准信号通过和差器馈入接收通道；

2)、和差信号经过模拟前端转换成中频信号；

3)、利用数字中频接收机直接对和差通道接收到的中频校准信号进行采样，然后采用数字下变频进行正交解调，得出正交的和差信号；

4)、以1°为间隔控制接收机差通道数控振荡器相位ψ从-180°～+180°作线性增长；

5)、根据正交解调获得的正交的和差信号计算获得每个相位ψ对应的角误差δ；

6)、根据相位和角误差关系，获得相位补偿值；

7)、控制校准信号馈入和差通道，把前面得到的校正相位应用于差通道NCO，采集16点角误差，并计算平均值，作为测量角误差的估值理想值为已知，计算得出幅度补偿因子η；

8)、更换其它工作频点，重复步骤1)至步骤7)，完成多通道接收机的全部工作频点的相位和幅度校准工作。

2.权利要求1所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，

多通道接收机是三通道接收机，步骤1)中数字接收机控制校准信号通过和差器馈入三个接收通道。

3.权利要求1所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，步骤1)中，用作校相处理信号的校准信号为数字调制信号。

4.权利要求1所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，步骤2)中，和差通道中频信号模型表示如下

式中：Σ、Δ为和、差信号的幅度；为和、差信号的相位；η和为和、差通道的幅度和相位不平衡。

5.权利要求4所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，四象限天线输入信号做和、差，其差值为0°或180°。

6.权利要求4所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，步骤3)中，中频和、差信号经A/D变换后，进行数字下变频和正交解调，所得信号的模型表示如下

和通道：差通道：

其中ψ为接收机差通道数控振荡器的初始相位。

7.权利要求6所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，步骤5)中，角误差计算模型为

其中k为定向斜率，单位为°/％；在通道校正时，由自身系统提供的校准信号通过和差器馈入接收通道，由系统保证和、差信号的相位差为零，幅度比恒定，即因此上式简化为

8.权利要求7所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，步骤6)中，获得相位补偿值的方法为：

k、η、c稳定，当时，有即，在正常工作时，通过初始相位为的差通道中频NCO来校正相位不平衡对角误差测量的影响；

寻找中的过零点，即只要即Σ_I·Δ_I+Σ_Q·Δ_Q＝0，此时对应的和差通道相位相差π/2或-π/2；

根据过零点的趋势来判断，即判断角度测量值由正渐变为负还是负渐变为正来判断相位差的具体符号，并利用对应于零值角误差两侧的NCO相位进行插值，计算对应于角误差为零时的NCO相位，并把该相位增加90°作为差通道NCO校正相位，即对应于最大角误差的相位值；

当用数字相控阵面输入四象限信号做和差时，将同时带来和差的π/2相差，所以最终需要把ψ经0到π的相移后作为校相补偿值作为差通道NCO的校正相位。

9.权利要求8所述对多通道接收机幅度、相位校正及补偿方法，其特征在于，步骤7)中，计算得出幅度补偿因子的方法为：

相位校正之后，校准信号的角误差测量值为而理想值为由此确定幅度不平衡的补偿因子