CN111337889A - 一种接收机功率校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接收机功率校准装置及其校准方法，其中装置包括：校准源、耦合器、检波器、开关、接收机及控制采集单元；所述校准源用于产生校准源信号；所述耦合器用于将校准源信号定向耦合成主信号和校准信号；所述检波器对于所述耦合器馈入的主信号进行包络检波，得到包络检波信号输出至所述控制采集单元进行采集存储；所述开关与装置接收端口以及所述耦合器的校准端口连接，分时选通所需接收的雷达信号和来自所述耦合器的校准信号，并经所述接收机后输出至所述控制采集单元进行采集存储；所述控制采集单元用于根据采集的所述包络检波信号和所述接收机输入的信号进行增益校准。本发明可以实现接收机通道增益校准，并实现接收机接收功率溯源。

Description

一种接收机功率校准装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种接收机功率校准装置及其校准方法。

背景技术

地面有源定标器在实现对星载雷达在轨天线方向图及星载雷达辐射天线增益积进行标定时，均需首先实现对星载雷达发射功率的高精度接收。

根据雷达方程可知，星载雷达发射信号功率增益积与地面有源定标器接收机接收到的功率有如下关系：

其中，P_tG_t为星载雷达发射信号功率增益积；

P_γ为地面有源定标器接收机接收到的功率；

G_rc是地面有源定标器接收天线增益；

λ是雷达工作波长；

R是星地之间距离；

由公式可知，地面有源定标器接收机接收功率精度是实现对星载雷达在轨天线方向图及星载雷达辐射天线增益积精确标定的关键。

接收机输入功率量值可通过精密信号源进行标定，但是在实际使用过程中不可能随时通过精密信号源进行标定。因此，亟待一种性价比较高的校准方式，对接收机增益误差进行标定，进而实现接收功率溯源。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的至少一部分技术问题，提供了一种接收机功率校准装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面，提供了一种接收机功率校准装置，所述装置包括：校准源、耦合器、检波器、开关、接收机及控制采集单元；

所述校准源用于产生校准源信号；

所述耦合器与所述校准源连接，用于将所述校准源信号定向耦合成主信号和校准信号；

所述检波器与所述耦合器连接，对于所述耦合器馈入的主信号进行包络检波，得到包络检波信号输出至所述控制采集单元进行采集存储；

所述开关与装置接收端口以及所述耦合器的校准端口连接，分时选通所需接收的雷达信号和来自所述耦合器的校准信号，并经所述接收机后输出至所述控制采集单元进行采集存储；

所述控制采集单元用于根据采集的所述包络检波信号和所述接收机输入的信号进行增益校准。

在根据本发明所述的接收机功率校准装置中，优选地，所述控制采集单元还与所述校准源、开关和接收机连接，用于控制所述校准源、所述开关和所述接收机。

在根据本发明所述的接收机功率校准装置中，优选地，所述接收机功率校准装置还包括雷达天线，所述装置接收端口在实际工作时连接至雷达天线。

在根据本发明所述的接收机功率校准装置中，优选地，所述装置接收端口还在预先标定时连接至精密信号源，所述控制采集单元控制所述开关选通所述装置接收端口，并采集接收机输入的信号得到精密信号源功率值用于标定。

在根据本发明所述的接收机功率校准装置中，优选地，所述精密信号源的输出值为计算出的星载雷达到接收机输入口的理论值。

在根据本发明所述的接收机功率校准装置中，优选地，所述主信号的功率大于所述校准信号的功率。

本发明还提供了一种如前所述的接收机功率校准装置的校准方法，包括以下步骤：

标定时将装置接收端口连接至精密信号源，控制开关选通所述装置接收端口，采集存储精密信号源通过接收机通道后的输出信号功率值，同时记录此时精密信号源输入到接收机通道输入口的功率；

控制开关选通耦合器的校准端口，采集存储校准源通过接收机通道后的输出信号功率值，同时采集包络检波信号记录校准源检波功率值；

实际工作时将装置接收端口连接至雷达天线，控制开关选通所述装置接收端口，采集存储雷达信号通过接收机通道后的输出信号功率值；

控制开关选通耦合器的校准端口，采集存储校准源通过接收机通道后的输出信号功率值，同时采集包络检波信号记录校准源检波功率值；

通过标定时采集存储的校准源和实际工作时的校准源的功率值得出接收机通道增益差；

根据所述接收机通道增益差对实际工作时接收的雷达信号进行增益校准。

在根据本发明所述的校准方法中，优选地，所述方法中通过以下公式计算接收机通道增益差Δg：

其中

为校准源检波功率值变化量，且

和

分别为标定时和实际工作时校准源的检波功率值；

为校准源通过接收机通道后的功率值变化量，且

和

分别为标定时和实际工作时校准源通过接收机通道后的输出信号功率值。

在根据本发明所述的校准方法中，优选地，所述根据所述接收机通道增益差对实际工作时接收的雷达信号进行增益校准的步骤中，具体通过以下公式计算接收的星载雷达功率P_a：

P_a＝P_sg-(P_s-P_rc)；

其中，P_sg为精密信号源输入到接收机通道输入口的功率，P_s为精密信号源通过接收机通道后的输出信号功率值，P_rc为校准后的星载雷达信号的功率值，且P_rc＝P_r-Δg，P_γ为雷达信号通过接收机通道后的输出信号功率值。

实施本发明的接收机功率校准装置及其校准方法，具有以下有益效果：本发明通过采集记录高精度仪器标定时的校准信号和实际使用时的校准信号遍历接收机后的功率值，通过两功率值差值比较，实现接收机通道增益校准，进而实现接收机接收功率溯源。

附图说明

图1为根据本发明优选实施例的接收机功率校准装置的原理框图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1，为根据本发明优选实施例的接收机功率校准装置的原理框图。如图1所示，本发明实施例一提供的接收机功率校准装置至少包括：校准源1、耦合器2、检波器3、开关4、接收机5及控制采集单元6。

校准源1用于产生校准源信号。在不需要校准源信号输出情况下，关闭校准源1，降低校准源1的信号对接收机性能的影响。

耦合器2与校准源1连接，用于将校准源信号定向耦合成主信号和校准信号。优选地，主信号的功率大于校准信号的功率。

检波器3与耦合器2连接，对于耦合器馈入的主信号进行包络检波，得到包络检波信号输出至控制采集单元6进行采集存储。

开关4与装置接收端口以及耦合器2的校准端口连接，分时选通所需接收的雷达信号和来自耦合器2的校准信号，遍历整个接收机通道后输出至控制采集单元6进行采集存储。

也就是说，耦合器2将校准源信号定向耦合成两部分，耦合输出的小信号通过开关4选通后馈入接收机5，以匹配接收机5的动态输入范围，主信号则输出至检波器3后进行包络检波输出至控制采集单元6进行采集存储。

控制采集单元6用于根据采集的所述包络检波信号和所述接收机输入的信号进行增益校准，得到接收的星载雷达功率P_a。

控制采集单元还与所述校准源、开关和接收机连接，用于控制所述校准源、所述开关和所述接收机。

优选地，该接收机功率校准装置还包括雷达天线，装置接收端口在实际工作时连接至雷达天线。

优选地，该接收机功率校准装置还包括精密信号源或者与外边精密信号源连接。该精密信号源是指输出电平准确度优于0.1dB、输出电平稳定度优于0.05dB的信号源。装置接收端口还在预先进行标定时连接至该精密信号源，控制采集单元6控制开关4选通装置接收端口，并采集接收机输入的信号得到精密信号源功率值用于标定。

在进行标定时，精密信号源的输出值优选为计算出的星载雷达到接收机输入口的理论值。

本发明还提供了一种如上所述的接收机功率校准装置的校准方法。该方法包括以下步骤：

S1、标定时将装置接收端口连接至精密信号源，用精密信号源产生一高稳定度信号P_sg(该输出值是计算出的星载雷达到接收机输入口的理论值)输出，控制开关4选通装置接收端口，采集存储精密信号源通过接收机通道后的输出信号功率值P_s，同时记录此时精密信号源输入到接收机通道输入口的功率P_sg；

S2、打开校准源信号，控制开关选通耦合器2的校准端口，采集存储校准源通过接收机通道后的输出信号功率值

同时采集包络检波信号记录校准源检波功率值

S3、在实际工作过程中，将装置接收端口连接至雷达天线，控制开关选通装置接收端口，采集存储雷达信号通过接收机通道后的输出信号功率值P_γ；

S4、控制开关4选通耦合器2的校准端口，采集存储校准源1通过接收机通道后的输出信号功率值

同时采集包络检波信号记录校准源检波功率值

S5、通过标定时采集存储的校准源和实际工作时的校准源的功率值得出接收机通道增益差Δg；

S6、根据所述接收机通道增益差Δg对实际工作时接收的雷达信号进行增益校准。

优选地，上述步骤S5中通过以下公式计算接收机通道增益差Δg：

其中

为校准源检波功率值变化量，且

和

分别为标定时和实际工作时校准源的检波功率值；

为校准源通过接收机通道后的功率值变化量，且

和

分别为标定时和实际工作时校准源通过接收机通道后的输出信号功率值。

进一步，上述步骤S6中通过以下公式计算接收的星载雷达功率P_a：

P_a＝P_sg-(P_s-P_rc)；

其中，P_sg为精密信号源输入到接收机通道输入口的功率，P_s为精密信号源通过接收机通道后的输出信号功率值，P_rc为校准后的星载雷达信号的功率值，且P_rc＝P_r-Δg，P_γ为雷达信号通过接收机通道后的输出信号功率值。

综上所述，本发明的接收机功率校准装置及其校准方法，通过控制采集单元实现所述校准源、所述开关、所述接收机的控制，并分别采集存储所述检波器输入的信号和所述接收机输入的信号，通过分析不同时刻采集存储的信号，得出差值，即可实现对接收机增益校准，进而实现接收功率的溯源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种接收机功率校准装置，其特征在于，所述装置包括：校准源、耦合器、检波器、开关、接收机及控制采集单元；

所述校准源用于产生校准源信号；

所述耦合器与所述校准源连接，用于将所述校准源信号定向耦合成主信号和校准信号；

所述检波器与所述耦合器连接，对于所述耦合器馈入的主信号进行包络检波，得到包络检波信号输出至所述控制采集单元进行采集存储；

所述开关与装置接收端口以及所述耦合器的校准端口连接，分时选通所需接收的雷达信号和来自所述耦合器的校准信号，并经所述接收机后输出至所述控制采集单元进行采集存储；

所述控制采集单元用于根据采集的所述包络检波信号和所述接收机输入的信号进行增益校准。

2.根据权利要求1所述的接收机功率校准装置，其特征在于，所述控制采集单元还与所述校准源、开关和接收机连接，用于控制所述校准源、所述开关和所述接收机。

3.根据权利要求1所述的接收机功率校准装置，其特征在于，所述接收机功率校准装置还包括雷达天线，所述装置接收端口在实际工作时连接至雷达天线。

4.根据权利要求1所述的接收机功率校准装置，其特征在于，所述装置接收端口还在预先标定时连接至精密信号源，所述控制采集单元控制所述开关选通所述装置接收端口，并采集接收机输入的信号得到精密信号源功率值用于标定。

5.根据权利要求4所述的接收机功率校准装置，其特征在于，所述精密信号源的输出值为计算出的星载雷达到接收机输入口的理论值。

6.根据权利要求1所述的接收机功率校准装置，其特征在于，所述主信号的功率大于所述校准信号的功率。

7.一种根据权利要求1所述的接收机功率校准装置的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

标定时将装置接收端口连接至精密信号源，控制开关选通所述装置接收端口，采集存储精密信号源通过接收机通道后的输出信号功率值，同时记录此时精密信号源输入到接收机通道输入口的功率；

控制开关选通耦合器的校准端口，采集存储校准源通过接收机通道后的输出信号功率值，同时采集包络检波信号记录校准源检波功率值；

实际工作时将装置接收端口连接至雷达天线，控制开关选通所述装置接收端口，采集存储雷达信号通过接收机通道后的输出信号功率值；

控制开关选通耦合器的校准端口，采集存储校准源通过接收机通道后的输出信号功率值，同时采集包络检波信号记录校准源检波功率值；

通过标定时采集存储的校准源和实际工作时的校准源的功率值得出接收机通道增益差；

根据所述接收机通道增益差对实际工作时接收的雷达信号进行增益校准。

8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，所述方法中通过以下公式计算接收机通道增益差Δg：

其中

为校准源检波功率值变化量，且

和

分别为标定时和实际工作时校准源的检波功率值；

为校准源通过接收机通道后的功率值变化量，且

和

分别为标定时和实际工作时校准源通过接收机通道后的输出信号功率值。

9.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，所述根据所述接收机通道增益差对实际工作时接收的雷达信号进行增益校准的步骤中，具体通过以下公式计算接收的星载雷达功率P_a：

P_a＝P_sg-(P_s-P_rc)；

其中，P_sg为精密信号源输入到接收机通道输入口的功率，P_s为精密信号源通过接收机通道后的输出信号功率值，P_rc为校准后的星载雷达信号的功率值，且P_rc＝P_r-Δg，P_γ为雷达信号通过接收机通道后的输出信号功率值。

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