CN111273239B - 一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法 - Google Patents

一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法，具体包括如下步骤：步骤1，在微波暗室内，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得时延初始零值τi(n)，其中n为通道编号；步骤2，在外场环境下，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得外场时延零值τj(n)，其中，n为通道编号；步骤3，基于步骤1获得的时延初始零值和步骤2获得的外场时延零值，通过时延变换法，对相控阵天线的通道相位一致性进行修正，从而实现相控阵天线指向精度的外场标校与补偿。采用本发明提供的方法在外场条件下，可实现相控阵天线指向精度的有效标定与补偿。

Description

一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法
技术领域
本发明属于天线测试技术领域，涉及一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法。
背景技术
相控阵天线具有波束指向灵活，波束切换速度快，以及可实现多波束目标跟踪等优点，在卫星通信、雷达探测、卫星导航等领域得到广泛应用。指向精度是相控阵天线的一项重要技术特性，决定天线是否能准确在目标位置实现波束最优形成。而在条件良好的测试环境中，相控阵天线的指向精度可以得到良好的保障；而在实际工作环境中，由于条件的多样性，相控阵天线的指向精度难以得到准确的评估。
发明内容
本发明的目的是提供一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法，采用该方法在外场条件下，可实现相控阵天线指向精度的有效标定与补偿。
本发明所采用的技术方案是，一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法，具体包括如下步骤：
步骤1，在微波暗室内，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得时延初始零值τi(n)，其中n为通道编号；
步骤2，在外场环境下，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得外场时延零值τj(n)，其中，n为通道编号；
步骤3，基于步骤1获得的时延初始零值和步骤2获得的外场时延零值，通过时延变换法，对相控阵天线的通道相位一致性进行修正，从而实现相控阵天线指向精度的外场标校与补偿。
本发明的特点还在于，
步骤3的具体过程为：
步骤3.1，计算每个通道的外场时延零值和时延初始零值的差值Δτ(n)，通过时延变换法，将传输时延零值的差值变换为通道相位的变化量
Figure BDA0002389289090000021
步骤3.2，根据步骤3.1计算的通道相位变化量
Figure BDA0002389289090000022
对波束形成算法计算的相位权值进行修订，从而实现对相控阵天线指向精度的补偿，补偿后的最终权值为
Figure BDA0002389289090000023
步骤3.1中Δτ(n)的计算过程为：
Δτ(n)＝τi(n)-τj(n)(1)。
步骤3.1中
Figure BDA0002389289090000024
的计算个过程为：
Figure BDA0002389289090000025
其中，ω为信号频率。
步骤3.2中采用如下公式(3)对相位权值进行修订：
Figure BDA0002389289090000026
其中，k为自由空间的波束常数；θ，φ分别为波束指向的方位角和仰角；(xn，yn)为第n个通道的坐标；
根据如下公式(4)求补偿后的最终权值
Figure BDA0002389289090000027
Figure BDA0002389289090000031
本发明的有益效果如下：
(1)提供了在外场条件下，进行相控阵天线通道零值标定的保精度、操作便捷的方法；
(2)依据时延变换法，依据外场时延零值对时延初始零值进行补偿，从而实现相控阵天线指向精度的外场标校与补偿。
附图说明
图1是本发明一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法中相控阵天线通道传输时延标定的结构示意图。
图中，1.标校天线，2.被测相控阵天线，3.测试用标校基带，4.链路连接的信道设备。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法，具体包括如下步骤：
步骤1，在微波暗室内，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得时延初始零值τi(n)，其中n为通道编号；
步骤2，在外场环境下，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得外场时延零值τj(n)，其中，n为通道编号；
步骤3，基于步骤1获得的时延初始零值和步骤2获得的外场时延零值，通过时延变换法，对相控阵天线的通道相位一致性进行修正，从而实现相控阵天线指向精度的外场标校与补偿。
步骤3的具体过程为：
步骤3.1，计算每个通道的外场时延零值和时延初始零值的差值Δτ(n)，通过时延变换法，将传输时延零值的差值变换为通道相位的变化量
Figure BDA0002389289090000041
步骤3.1中Δτ(n)的计算过程为：
Δτ(n)＝τi(n)-τj(n)(1)。
步骤3.1中
Figure BDA0002389289090000042
的计算个过程为：
Figure BDA0002389289090000043
其中，ω为信号频率。
步骤3.2，根据步骤3.1计算的通道相位变化量
Figure BDA0002389289090000044
对波束形成算法计算的相位权值进行修订，从而实现对相控阵天线指向精度的补偿，补偿后的最终权值为
Figure BDA0002389289090000045
步骤3.2中采用如下公式(3)对相位权值进行修订：
Figure BDA0002389289090000046
其中，k为自由空间的波束常数；θ，φ分别为波束指向的方位角和仰角；(xn，yn)为第n个通道的坐标；
根据如下公式(4)求补偿后的最终权值
Figure BDA0002389289090000047
Figure BDA0002389289090000048
本发明一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法，采用通道权值传递的方案，实现在外场条件下对相控阵天线指向精度的标定与补偿。本发明将相控阵天线的标定补偿为三个阶段：第一阶段基于良好的测试环境(微波暗室环境，可等效自由空间)，对相控阵天线指向精度进行精确标校，并通过高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得时延初始零值；第二阶段在外场环境下，通过高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得外场时延零值；第三阶段通过时延变换法，依据外场时延零值对时延初始零值进行补偿，从而实现相控阵天线指向精度的外场标校与补偿。
图1为相控阵天线通道传输时延标定的结构示意图，标校天线1固定于被测相控阵天线2的特定方位，通常为正上方10个信号波长外。
测试用标校基带3用于产生测量信号，经链路连接的信道设备4(链路连接的信道设备4包括开关、单频校零上变频器、单频校零下变频器)传输给标校天线1，标校天线1经测量信号以无线播发的形式发送给被测相控阵天线2；被测相控阵天线2某通道接收到信号后，收到的信号作为标校信号输送给测试用标校基带3；测试用标校基带3对产生的测量信号和接收的标校信号进行差分，即可获得被测相控阵天线的该通道的通道零值。

Claims (1)

1.一种星间链路相控阵天线指向精度外场标定补偿方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，在微波暗室内，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得时延初始零值τi(n)，其中n为通道编号；
步骤2，在外场环境下，采用高精度载波相位测量方法对通道传输时延进行测定，获得外场时延零值τj(n)，其中，n为通道编号；
步骤3，基于步骤1获得的时延初始零值和步骤2获得的外场时延零值，通过时延变换法，对相控阵天线的通道相位一致性进行修正，从而实现相控阵天线指向精度的外场标校与补偿；
所述步骤3的具体过程为：
步骤3.1，计算每个通道的外场时延零值和时延初始零值的差值Δτ(n)，通过时延变换法，将传输时延零值的差值变换为通道相位的变化量
Figure FDA0004139590540000011
所述步骤3.1中Δτ(n)的计算过程为：
Δτ(n)＝τi(n)-τj(n) (1)；
所述步骤3.1中
Figure FDA0004139590540000012
的计算过程为：
Figure FDA0004139590540000013
其中，ω为信号频率；
步骤3.2，根据步骤3.1计算的通道相位变化量
Figure FDA0004139590540000014
对波束形成算法计算的相位权值进行修订，从而实现对相控阵天线指向精度的补偿，补偿后的最终权值为
Figure FDA0004139590540000021
所述步骤3.2中采用如下公式(3)对相位权值进行修订：
Figure FDA0004139590540000022
其中，k为自由空间的波束常数；θ,φ分别为波束指向的方位角和仰角；(xn,yn)为第n个通道的坐标；
根据如下公式(4)求补偿后的最终权值
Figure FDA0004139590540000023
Figure FDA0004139590540000024
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