CN109818688A - 一种阵列天线的校准方法、设备、系统以及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列天线的校准方法，包括如下步骤：S1.获得阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；S2.馈入T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T，获得相应的T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T；S3.根据T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T和T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T计算得到校准矩阵C，其中对于任意一组对应的端口激励I_t和口径场激励I′_t都有I′_t＝C×I_t；S4.根据校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。本发明通过较少的测量数据，结合阵列天线已知的先验知识，能够快速、高效地对阵列天线进行校准。与现有的校准方法相比，本发明的方法测量数据少，效率高，且系统组成简单，易于工程实现，成本低。

Description

一种阵列天线的校准方法、设备、系统以及计算机可读存储 介质

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种阵列天线的校准方法、设备、系统以及计算机可读存储介质。

背景技术

天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接受无线电波必不可少的装置。

阵列天线是一类由不少于两个天线阵元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的天线。近年来，阵列天线作为民用和军用天线技术的一个重要发展方向备受关注。

阵列天线由很多天线阵元组成，每个阵元馈以一定幅度和相位的信号以形成特定的波束并实现波束扫描，各阵元的信号叠加形成阵列天线的信号。一般情况下，通过控制连接阵元的衰减器对阵元的信号幅度进行调节并形成所需要的波束，通过改变连接阵元的移相器的相位对阵元信号的相位进行控制以实现波束扫描。

阵列天线在实际加工制造过程中，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、天线阵元之间的互耦等使得每一个天线阵元的幅度和相位可能与预期值不同，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，需要对阵列天线进行校准，目的就是尽量消除误差，使阵列性能达到所要求的技术条件或最佳工作状态。

目前阵列天线的校准方法主要包括以下几种：

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

3.互相校准法，该方法是基于大型阵列的阵中相邻阵元的互相系数是相同的这一基本原理，通过对阵列中相邻阵元进行收发测试，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。互相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，且辐射阵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。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种阵列天线的校准方法，通过较少的测量，快速、精确地对阵列天线进行校准。

为实现上述目的，本发明一方面提出了一种阵列天线的校准方法，其特征在于，所述阵列天线包括N个阵元，所述校准方法包括如下步骤：

S1.获得所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；

S2.馈入T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T，获得相应的T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T，具体包括如下步骤：

S201.馈入端口激励I_t，t＝1,2,…,T；

S202.获得M_t个测量点的位置以及阵列天线在M_t个测量点处的电/磁场的测量数据E_t，所述测量数据E_t包含幅度和相位信息，M_t≥N/3；

S203.根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置以及测量数据E_t获得口径场激励I′_t；

S3.根据T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T和T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T计算得到校准矩阵C，其中对于任意一组对应的端口激励I_t和口径场激励I_′t都有I′_t＝C×I_t；

S4.根据所述校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。

作为本发明的进一步限定，所述步骤S2中，T≥N，构建矩阵II，II＝[I₁ I₂ … I_T]，构建矩阵II′，II′＝[I′₂ I′₂ … I′_T]，所述步骤S3中根据II′＝C×II计算得到校准矩阵C。

作为本发明的进一步限定，校准矩阵C表达为

其中，C_n＝[C_1n C_2n … C_Nn]^T为校准矩阵C中的第n列，称为第n个阵元的端口耦合系数，表示第n个阵元端口对各阵元端口的耦合，C_dn称为第n个阵元端口对第d个阵元端口的耦合元素，n＝1,2,…,N，d＝1,2,…,N，()^T表示转置；

定义以单个阵元为圆心，xλ为半径的圆为该单个阵元的耦合区，其中x为不小于1的实数，λ为阵列天线工作频率的波长，对任意两个阵元而言，如果其耦合区内的阵元数量和分布相同，则所述两个阵元互为等耦合阵元，令所述阵列天线包括U组互不相同的等耦合阵元，在所述U组互不相同的等耦合阵元的每组中分别任意选取1个阵元组成包括U个阵元的子阵列，所述步骤S2中，向所述子阵列馈入T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T，T≥U，获得相应的所述子阵列的T组口径场激励I′₂,I′₂…I′_T，构建矩阵III，III＝[I₁ I₂ … I_T]，构建矩阵III′，III′＝[I′₁ … I′_T]，所述步骤S3包括如下两个步骤：

S301.根据III′＝C′×III计算得到所述子阵列的校准矩阵C′，

S302.根据校准矩阵C′中的端口耦合系数以及各阵元的相对位置，计算得到校准矩阵C。

作为本发明的进一步限定，所述步骤S302包括如下步骤：

S3021.在所述包括U个阵元的子阵列中任意指定一个阵元A，阵元A的耦合区为A′，提取阵元A的端口耦合系数C_A中阵元A端口对耦合区A′中各阵元端口的耦合元素；

S3022.在所述阵元A的等耦合阵元中任意指定一个阵元B，阵元B的耦合区为B′，阵元B端口对耦合区B′中任意一个阵元端口的耦合元素与阵元A端口对耦合区A′中同样相对位置的阵元端口的耦合元素相等，据此可确定阵元B的端口耦合系数C_B中阵元B端口对耦合区B′中的阵元端口的耦合元素，端口耦合系数C_B中阵元B端口对耦合区B′之外的阵元端口的耦合元素为0，其中，所述“同样相对位置”指耦合区中的阵元相对于该耦合区圆心的位置。

作为本发明的进一步限定，所述阵元方向图由阵元的孤立方向图经过修正获得。

作为本发明的进一步限定，所述修正的实施方式为：基于预设修正矩阵通过计算进行修正，或者基于阵列天线的物理参数或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真进行修正，所述阵列天线的物理参数包括天线形式和阵列结构。

作为本发明的进一步限定，所述步骤S203中阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置、测量数据E_t以及口径场激励I′_t满足关系式：E_t＝YI′_t，其中E_t是所述M个测量点测得的电/磁场，为M×1的矩阵，Y是阵元到测量点的幅相变换矩阵，Y根据阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及测量点的位置获得。

作为本发明的进一步限定，以任意参考点为原点建立球坐标系，第n个阵元的阵元方向图中心的位置的坐标为(R_n,θ_n,φ_n)，n＝1,2,…,N，第n个阵元的阵元方向图表示为f_n(θ,φ)，第m个测量点的位置的坐标为(R′_m,θ′_m,φ′_m)，m＝1,2,…,M，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为

是第n个阵元方向图在第m个测量点的位置的幅相变换因子，其中，(θ′_mn,φ′_mn)是第m个测量点的位置相对于第n个阵元的阵元方向图中心的位置所在的角度，f_n(θ′_mn,φ′_mn)是第n个阵元在(θ′_mn,φ′_mn)角度的阵元方向图信息，包含幅度和相位信息，是对第n个阵元的阵元方向图在第m个测量点的位置进行的相位修正，是第m个测量点的位置指向第n个阵元的阵元方向图中心的位置的矢量的模长，k是电磁波传播常数。

作为本发明的进一步限定，所述阵列天线各阵元的阵元方向图相同，f₁(θ,φ)＝f₂(θ,φ)＝…＝f_N(θ,φ)＝f(θ,φ)，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为

作为本发明的进一步限定，所述测量点位于阵元的辐射远场。

作为本发明的进一步限定，当M_t>N/3时，通过最小二乘法计算得到所述口径场激励I′_t；当T>N时，通过最小二乘法计算得到所述校准矩阵C；当T>U时，通过最小二乘法计算得到所述校准矩阵C′。

本发明另一方面提出了一种阵列天线的校准设备，其特征在于，所述校准设备包括：

阵元方向图获取模块，用于获取所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；

馈电模块，用于向所述阵列天线馈入端口激励I_t；

信号收发模块，与所述测量天线连接，用于获得M_t个测量点的位置、通过测量天线在M_t个测量点处向所述阵列天线发射测量信号并获得所述阵列天线电/磁场的测量数据，所述测量数据包含幅度和相位信息，M_t≥N/3，N为所述阵列天线的阵元数；

口径场激励获取模块，用于根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置以及测量数据获得口径场激励I′_t；

校准矩阵获取模块，用于根据端口激励I_t与口径场激励I′_t的关系I′_t＝C×I_t计算得到校准矩阵C；

校准模块，用于根据所述校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。

作为本发明的进一步限定，所述阵元方向图获取模块包括测量单元，用于测量获得所述阵列天线的阵元方向图。

作为本发明的进一步限定，所述阵元方向图获取模块包括：

阵元孤立方向图获取单元，用于获取阵列天线的阵元的孤立方向图；

修正单元，用于将阵元的孤立方向图基于预设修正矩阵通过计算获得所述阵列天线的阵元方向图，或者将阵元的孤立方向图基于物理参数或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真获得所述阵列天线的阵元方向图，所述物理参数包括天线形式和阵列结构。

本发明另一方面提出了一种阵列天线的校准设备，其特征在于，所述校准设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述方法的步骤。

本发明另一方面提出了一种阵列天线的校准系统，包括电波暗室以及测量天线，其特征在于，在所述校准系统中集成前述的校准设备。

本发明另一方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现前述方法的步骤。

本发明通过较少的电/磁场测量数据，结合测量点的位置信息、阵列天线的阵元方向图及阵元方向图中心的位置信息等阵列天线的先验知识，反演获得口径场激励I′，再计算得到校准矩阵，对阵列天线各阵元进行校准。与现有的校准方法相比，本发明的方法测量数据少，测试效率高，且系统组成简单，易于工程实现，成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明第一实施方式的阵列天线的校准方法的流程图。

图2为本发明第二实施方式的阵列天线的校准设备的框图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

由N个阵元构成的阵列天线，其阵列天线的方向图可认为是在口径场激励下，所有阵元的方向图的迭加。本发明通过阵列天线的电/磁场的测量数据、测量点的位置信息、阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置，反演得到口径场激励，再根据端口激励和口径场激励的数学关系获得校准矩阵，据此对阵列天线各阵元进行校准。图1示意了本发明第一实施方式的阵列天线的校准方法流程，所述方法包括如下步骤：

S1.获得阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置。其中阵元方向图由阵元的孤立方向图经过修正获得。具体而言，所述“修正”的实施方式为：基于预设修正矩阵通过计算进行修正，或者基于阵列天线的物理参数(包括天线形式和阵列结构)或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真进行修正。

S2.馈入T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T，获得相应的T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T，具体包括如下步骤：

S201.馈入端口激励I_t，t＝1,2,…,T；端口激励I_t是已知的，定义端口激励I_t如下：

其中，是第n个阵元馈入的端口激励，I_n是第n个阵元馈入的端口激励的幅度，j是虚数单位，是第n个阵元馈入的端口激励的相位，n＝1,2,…,N。

S202.在M_t个测量点处通过测量天线对阵列天线进行辐射测量，获得M_t个测量点的位置以及M_t个测量点处的电/磁场的测量数据E_t，所述测量数据E包含幅度和相位信息，M_t≥N/3。这里可采用多种测量方式，如常见的球面扫描、平面扫描、柱面扫描等，或其他测量方式；测量点位于阵元的辐射远场。

S203.根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置以及测量数据E_t获得口径场激励I′_t；定义口径场激励I′_t如下：

其中，是第n个阵元的口径场激励，I′_n是第n个阵元的口径场激励的幅度，是第n个阵元的口径场激励的相位；

本步骤中阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置、测量数据E_t以及口径场激励I′_t满足关系式：E_t＝YI′_t，其中E_t是所述M个测量点测得的电/磁场，为M×1的矩阵，Y是阵元到测量点的幅相变换矩阵，Y根据阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及测量点的位置获得。

S3.根据T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T和T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T计算得到校准矩阵C，其中对于任意一组对应的端口激励I_t和口径场激励I′_t都有I′_t＝C×I_t；

S4.根据所述校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。

下面具体阐述本实施方式中获得校准矩阵C的两种方式。

第一种方法中，T≥N，构建矩阵II，II＝[I₁ I₂ … I_T]，构建矩阵II′，II′＝[I′₁I′₂ … I′_T]，所述步骤S3中根据II′＝C×II计算得到校准矩阵C。本方法中，至少需要进行N组测量，测量数据较多，测量时间较长。

第二种方法测量数据少，测量时间短，具体实施方式为：

校准矩阵C表达为

其中，C_n＝[C_1n C_2n … C_Nn]^T为校准矩阵C中的第n列，称为第n个阵元的端口耦合系数，表示第n个阵元端口对各阵元端口的耦合，C_dn称为第n个阵元端口对第d个阵元端口的耦合元素，n＝1,2,…,N，d＝1,2,…,N，()^T表示转置；

定义以单个阵元为圆心，xλ为半径的圆为该单个阵元的耦合区，其中x为不小于1的实数，λ为阵列天线工作频率的波长，对任意两个阵元而言，如果其耦合区内的阵元数量和分布相同，则所述两个阵元互为等耦合阵元，令所述阵列天线包括U组互不相同的等耦合阵元，在所述U组互不相同的等耦合阵元的每组中分别任意选取1个阵元组成包括U个阵元的子阵列，所述步骤S2中，向所述子阵列馈入T组线性无关的端口激励I₁,I₂…I_T，T≥U，获得相应的所述子阵列的T组口径场激励I′₁,I′₂…I′_T，构建矩阵III，III＝[I₁ I₂ … I_T]，构建矩阵III′，III′＝[I′₁ … I′_T]，根据III′＝C′×III计算得到所述子阵列的校准矩阵C′。在所述包括U个阵元的子阵列中任意指定一个阵元A，阵元A的耦合区为A′，提取阵元A的端口耦合系数C_A中阵元A端口对耦合区A′中各阵元端口的耦合元素；在所述阵元A的等耦合阵元中任意指定一个阵元B，阵元B的耦合区为B′，阵元B端口对耦合区B′中任意一个阵元端口的耦合元素与阵元A端口对耦合区A′中同样相对位置的阵元端口的耦合元素相等，据此可确定阵元B的端口耦合系数C_B中阵元B端口对耦合区B′中的阵元端口的耦合元素，端口耦合系数C_B中阵元B端口对耦合区B′之外的阵元端口的耦合元素为0，其中，所述“同样相对位置”指耦合区中的阵元相对于该耦合区圆心的位置。由此计算得到校准矩阵C。

需要说明的是，以上所述实施顺序并非不可改变的。

下面具体阐述本实施方式中阵元到测量点的幅相变换矩阵Y的计算方法。

以任意参考点为原点建立球坐标系，第n个阵元的阵元方向图中心的位置的坐标为(R_n,θ_n,φ_n)，n＝1,2,…,N，第n个阵元的阵元方向图表示为f_n(θ,φ)，第m个测量点的位置的坐标为(R′_m,θ′_m,φ′_m)，m＝1,2,…,M，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为

是第n个阵元方向图在第m个测量点的位置的幅相变换因子，其中，(θ′_mn,φ′_mn)是第m个测量点的位置相对于第n个阵元的阵元方向图中心的位置所在的角度，f_n(θ′_mn,φ′_mn)是第n个阵元在(θ′_mn,φ′_mn)角度的阵元方向图信息，包含幅度和相位信息，是对第n个阵元的阵元方向图在第m个测量点的位置进行的相位修正，是第m个测量点的位置指向第n个阵元的阵元方向图中心的位置的矢量的模长，k是电磁波传播常数；

如果阵列天线各阵元的阵元方向图相同，即f₁(θ,φ)＝f₂(θ,φ)＝…＝f_N(θ,φ)＝f(θ,φ)，那么阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为：

在此，本实施方式中有3点需要说明：

(1)本实施方式中所述阵元方向图由阵元的孤立方向图经过修正获得。特别地，当阵列天线为低耦合阵列时，阵元之间的互耦效应较弱，阵元互耦强度对计算精度的影响被认为是可以接受的，此时可以直接采用阵元的孤立方向图进行计算。

(2)当M_t＝N/3时，在计算口径场激励I_′t时，方程数等于待求解的未知变量数，可以通过求解线性方程组得到口径场激励I′_t；当M_t>N/3时，在计算口径场激励I′_t时，方程数大于待求解的未知变量数，可以通过最小二乘法计算得到口径场激励I′_t。同理，当T>N时，通过最小二乘法计算得到所述校准矩阵C；当T>U时，通过最小二乘法计算得到所述校准矩阵C′。

(3)本实施方式中所采用的球坐标系只是为了本发明的描述方便，本领域普通技术人员应当理解，也可采用其他坐标系进行描述，例如可按照公知的标准球坐标-直角坐标变换规则转换为直角坐标系进行描述，不影响本发明的实质内容，也应落入本发明的保护范围。

参照图2，本发明的第二实施方式为阵列天线的校准设备200，本实施方式中，校准设备200包括存储器201和处理器202，存储器201连接到处理器202，以便存储操作系统、应用、计算机程序代码、数据等，特别说明的是，存储器201存储有可在处理器202上运行的计算机程序，处理器202执行所述计算机程序时实现如前述第一实施方式所述方法的步骤，并且处理器202与以下模块相连：

阵元方向图获取模块203，用于获取所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；本模块包括测量单元，用于测量获得所述阵列天线的阵元方向图；本模块还可以包括阵元孤立方向图获取单元，用于获取阵列天线的阵元的孤立方向图，以及修正单元，用于将阵元的孤立方向图基于预设修正矩阵通过计算获得所述阵列天线的阵元方向图，或者将阵元的孤立方向图基于物理参数(包括天线形式和阵列结构)或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真获得所述阵列天线的阵元方向图。

馈电模块204，用于向所述阵列天线馈入端口激励I_t；

信号收发模块205，与所述测量天线连接，用于获得M_t个测量点的位置、通过测量天线在M_t个测量点处向所述阵列天线发射测量信号并获得所述阵列天线电/磁场的测量数据，所述测量数据包含幅度和相位信息，M_t≥N/3，N为所述阵列天线的阵元数；

口径场激励获取模块206，用于根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置以及测量数据获得口径场激励I′_t；

校准矩阵获取模块207，用于根据端口激励I_t与口径场激励I′_t的关系I′_t＝C×I_t计算得到校准矩阵C；

校准模块208，用于根据所述校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。

需要说明的是，校准设备200是为了方便描述而示出的，校准设备200还可以包括其他必需的模块。此外，还可以将校准设备200中的至少部分模块进行合并或细分。

本发明的第三实施方式为阵列天线的校准系统，包括电波暗室以及测量天线，在所述校准系统中集成了如第二实施方式中所述的校准设备。

本发明的第四实施方式为一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述第一实施方式所述方法的步骤。

需要说明的是，可通过多种方式来实现本发明的实施方式，例如，硬件、固件、软件或其组合。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种阵列天线的校准方法，其特征在于，所述阵列天线包括N个阵元，所述校准方法包括如下步骤：

S1.获得所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；

S2.馈入T组线性无关的端口激励I₁，I₂…I_T，获得相应的T组口径场激励I′₁，I′₂…I′_T，具体包括如下步骤：

S201.馈入端口激励I_t，t＝1，2，...，T；

S202.获得M_t个测量点的位置以及阵列天线在M_t个测量点处的电/磁场的测量数据E_t，所述测量数据E_t包含幅度和相位信息，M_t≥N/3；

S203.根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置以及测量数据E_t获得口径场激励I′_t；

S3.根据T组线性无关的端口激励I₁，I₂…I_T和T组口径场激励I′₁，I′₂…I′_T计算得到校准矩阵C，其中对于任意一组对应的端口激励I_t和口径场激励I′_t都有I′_t＝C×I_t；

S4.根据所述校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。

2.根据权利要求1所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，所述步骤S2中，T≥N，构建矩阵II，II＝[I₁ I₂ … I_T]，构建矩阵II′，II′＝[I′₁ I′₂ … I′_T]，所述步骤S3中根据II′＝C×II计算得到校准矩阵C。

3.根据权利要求1所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，校准矩阵C表达为

其中，C_n＝[C_1n C_2n … C_Nn]^T为校准矩阵C中的第n列，称为第n个阵元的端口耦合系数，表示第n个阵元端口对各阵元端口的耦合，C_dn称为第n个阵元端口对第d个阵元端口的耦合元素，n＝1，2，...，N，d＝1，2，...，N，()^T表示转置；

定义以单个阵元为圆心，xλ为半径的圆为该单个阵元的耦合区，其中x为不小于1的实数，λ为阵列天线工作频率的波长，对任意两个阵元而言，如果其耦合区内的阵元数量和分布相同，则所述两个阵元互为等耦合阵元，令所述阵列天线包括U组互不相同的等耦合阵元，在所述U组互不相同的等耦合阵元的每组中分别任意选取1个阵元组成包括U个阵元的子阵列，所述步骤S2中，向所述子阵列馈入T组线性无关的端口激励I₁，I₂…I_T，T≥U，获得相应的所述子阵列的T组口径场激励I′₁，I′₂…I′_T，构建矩阵III，III＝[I₁ I₂ … I_T]，构建矩阵III′，III′＝[I′₁ … I′_T]，所述步骤S3包括如下两个步骤：

S301.根据III′＝C′×III计算得到所述子阵列的校准矩阵C′，

S302.根据校准矩阵C′中的端口耦合系数以及各阵元的相对位置，计算得到校准矩阵C。

4.根据权利要求3所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，所述步骤S302包括如下步骤：

S3021.在所述包括U个阵元的子阵列中任意指定一个阵元A，阵元A的耦合区为A′，提取阵元A的端口耦合系数C_A中阵元A端口对耦合区A′中各阵元端口的耦合元素；

S3022.在所述阵元A的等耦合阵元中任意指定一个阵元B，阵元B的耦合区为B′，阵元B端口对耦合区B′中任意一个阵元端口的耦合元素与阵元A端口对耦合区A′中同样相对位置的阵元端口的耦合元素相等，据此可确定阵元B的端口耦合系数C_B中阵元B端口对耦合区B′中的阵元端口的耦合元素，端口耦合系数C_B中阵元B端口对耦合区B′之外的阵元端口的耦合元素为0，其中，所述“同样相对位置”指耦合区中的阵元相对于该耦合区圆心的位置。

5.根据权利要求1-4中任一所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，所述阵元方向图由阵元的孤立方向图经过修正获得。

6.根据权利要求5所述的阵列天线方向图的测量方法，其特征在于，所述修正的实施方式为：基于预设修正矩阵通过计算进行修正，或者基于阵列天线的物理参数或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真进行修正，所述阵列天线的物理参数包括天线形式和阵列结构。

7.根据权利要求1，2，3，4，6中任一所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，所述步骤S203中阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置、测量数据E_t以及口径场激励I′_t满足关系式：E_t＝YI′_t；其中E_t是所述M个测量点测得的电/磁场，为M×1的矩阵，Y是阵元到测量点的幅相变换矩阵，Y根据阵元方向图、阵元方向图中心的位置以及测量点的位置获得。

8.根据权利要求7所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，以任意参考点为原点建立球坐标系，第n个阵元的阵元方向图中心的位置的坐标为(R_n，θ_n，φ_n)，n＝1，2，...，N，第n个阵元的阵元方向图表示为f_n(θ，φ)，第m个测量点的位置的坐标为(R′_m，θ′_m，φ′_m)，m＝1，2，...，M，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为

是第n个阵元方向图在第m个测量点的位置的幅相变换因子，其中，(θ′_mn，φ′_mn)是第m个测量点的位置相对于第n个阵元的阵元方向图中心的位置所在的角度，f_n(θ′_mn，φ′_mn)是第n个阵元在(θ′_mn，φ′_mn)角度的阵元方向图信息，包含幅度和相位信息，是对第n个阵元的阵元方向图在第m个测量点的位置进行的相位修正，是第m个测量点的位置指向第n个阵元的阵元方向图中心的位置的矢量的模长，k是电磁波传播常数。

9.根据权利要求8所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，所述阵列天线各阵元的阵元方向图相同，f₁(θ，φ)＝f₂(θ，φ)＝…＝f_N(θ，φ)＝f(θ，φ)，所述阵元到测量点的幅相变换矩阵Y为

10.根据权利要求1，2，3，4，6，8，9中任一所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，所述测量点位于阵元的辐射远场。

11.根据权利要求1，2，3，4，6，8，9中任一所述的阵列天线的校准方法，其特征在于，当M_t＞N/3时，通过最小二乘法计算得到所述口径场激励I′_t；当T＞N时，通过最小二乘法计算得到所述校准矩阵C；当T＞U时，通过最小二乘法计算得到所述校准矩阵C′。

12.一种阵列天线的校准设备，其特征在于，所述校准设备包括：

阵元方向图获取模块，用于获取所述阵列天线的阵元方向图以及阵元方向图中心的位置；

馈电模块，用于向所述阵列天线馈入端口激励I_t；

信号收发模块，与所述测量天线连接，用于获得M_t个测量点的位置、通过测量天线在M_t个测量点处向所述阵列天线发射测量信号并获得所述阵列天线电/磁场的测量数据，所述测量数据包含幅度和相位信息，M_t≥N/3，N为所述阵列天线的阵元数；

口径场激励获取模块，用于根据所述阵元方向图、阵元方向图中心的位置、测量点的位置以及测量数据获得口径场激励I′_t；

校准矩阵获取模块，用于根据端口激励I_t与口径场激励I′_t的关系I′_t＝C×I_t计算得到校准矩阵C；

校准模块，用于根据所述校准矩阵C对阵列天线各阵元进行校准。

13.根据权利要求12所述的阵列天线的校准设备，其特征在于，所述阵元方向图获取模块包括测量单元，用于测量获得所述阵列天线的阵元方向图。

14.根据权利要求12或13所述的阵列天线的校准设备，其特征在于，所述阵元方向图获取模块包括：

阵元孤立方向图获取单元，用于获取阵列天线的阵元的孤立方向图；

修正单元，用于将阵元的孤立方向图基于预设修正矩阵通过计算获得所述阵列天线的阵元方向图，或者将阵元的孤立方向图基于物理参数或/和机械模型或/和仿真模型通过仿真获得所述阵列天线的阵元方向图，所述物理参数包括天线形式和阵列结构。

15.一种阵列天线的校准设备，其特征在于，所述校准设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1，2，3，4，6，8，9中任一所述方法的步骤。

16.一种阵列天线的校准系统，包括电波暗室以及测量天线，其特征在于，在所述校准系统中集成如权利要求12，13，15中任一所述的校准设备。

17.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1，2，3，4，6，8，9中任一所述方法的步骤。