CN111381112B - 一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法 - Google Patents

一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111381112B
CN111381112B CN202010234424.XA CN202010234424A CN111381112B CN 111381112 B CN111381112 B CN 111381112B CN 202010234424 A CN202010234424 A CN 202010234424A CN 111381112 B CN111381112 B CN 111381112B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase center
array antenna
phase
antenna
satellite navigation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010234424.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111381112A (zh
Inventor
段召亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 54 Research Institute
Original Assignee
CETC 54 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 54 Research Institute filed Critical CETC 54 Research Institute
Priority to CN202010234424.XA priority Critical patent/CN111381112B/zh
Publication of CN111381112A publication Critical patent/CN111381112A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111381112B publication Critical patent/CN111381112B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas
    • G01R29/105—Radiation diagrams of antennas using anechoic chambers; Chambers or open field sites used therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0871—Complete apparatus or systems; circuits, e.g. receivers or amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0892—Details related to signal analysis or treatment; presenting results, e.g. displays; measuring specific signal features other than field strength, e.g. polarisation, field modes, phase, envelope, maximum value

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法。本发明提出了阵列天线相位中心的定义、测试及修正的工程实现方案，同时基于微波暗室，通过独创的五自由度测试转台实现基于真实卫星导航信号的阵列天线电相位中心的远场精确标定，最后将电相位中心的标定结果通过最小二乘算法拟合的方式，获取阵列天线的相位中心偏移量与相位中心稳定度，将这两个参量作为阵列天线波束合成的参数输入进行修正，实现卫星导航阵列天线的相位中心的标定。本发明的方法简单可行，在复杂电磁环境下的卫星导航高精度测量领域具有推广和应用价值。

Description

一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法
技术领域
本发明涉及通信、卫星导航、信号处理、天线测试等领域，特别适用于卫星导航高精度测量领域的阵列天线的复杂电磁环境下高精度测量应用。
背景技术
随着全球卫星导航系统的发展，高精度测量成为卫星导航系统应用的一个主要方向。高精度RTK定位、载体测定向测姿等应用均对卫星导航的天线相位中心提出更高的要求，相位中心的精度不大于2毫米。当前，高精度相位中心的天线多采用扼流圈的单天线形式实现。但是在实际环境应用中，面对射频干扰与多径干扰复杂电磁环境，采用扼流圈的单天线抑制干扰与多径的能力有限，卫星导航阵列天线抗干扰与抗多径成为主流应用模式。但是卫星导航阵列天线应用于高精度测量存在相位中心局限性：
1、扼流圈的单天线的波束与相位中心是固定的，可以通过暗室无线标定的方式实现相位中心标定；卫星导航阵列天线的波束相位中心是随空间变化的，直接影响高精度测量；
2、卫星导航阵列天线的相位中心标定多采用近场通道测量与仿真评估的方法来实现，与真实工程应用中的相位中心应用存在较大的误差。
如何对卫星导航阵列天线的相位中心精确标定成为阵列信号处理技术在高精度测量领域应用的关键，解决了卫星导航阵列天线的相位中心标定，就实现高精度测量条件下的抗干扰与抗多径技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提出一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法。
本发明采用的技术方案为：
一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法，包括如下步骤：
(1)选取阵列天线的物理几何中心定义为阵列天线相位中心的平均参考点位置ARP，将阵列天线电相位中心相对平均参考点位置的相位偏差定义为相位中心偏移量PCO，将阵列天线电相位中心相对相位中心偏移量的变化定义为相位中心稳定度PCV；则阵列天线相位中心
Figure BDA0002430503450000021
用下式表示：
Figure BDA0002430503450000022
其中，PCO为电相位中心与平均参考点位置之间的相位中心偏移量，为一个常数；PCV为电相位中心相对相位中心偏移量的变化，是随方位、俯仰变化的方差量；
(2)搭建基于远场暗室的测试环境，测试环境包括具有方位与极化两维转动和X/Y/Z三维位移的转台、卫星导航信号模拟器、标准天线、被测阵列天线、载波测量接收机和测试转台控制系统；将被测阵列天线放置在转台上，并通过测试转台控制系统将被测阵列天线平均参考点位置调整到转台的转动与移动的中心上；其中，被测阵列天线与标准天线之间的距离大于2D2/λ，D为天线口径；
(3)测试转台控制系统控制卫星导航信号模拟器通过标准天线播发导航信号，并控制转台沿阵列天线方位和极化两维转动，载波测量接收机通过被测阵列天线接收平均参考点位置每个角度的信号时延与载波相位，获得基于方位、俯仰的相位中心二维测试数据，测试转台控制系统将测试数据经过最小二乘拟合处理后，转换为基于方位、俯仰的相位中心偏移量与相位中心稳定度参量；
(4)基于波束合成中的方位、俯仰参数信息获取相位中心稳定度的修正量，将相位中心稳定度的修正量以及相位中心偏移量进行参数装订，对阵列天线波束合成的输出信号进行相位中心修正，获得阵列天线的高精度相位中心。
其中，步骤(3)中基于方位、俯仰的相位中心二维测试数据经过最小二乘拟合处理后，得到被测阵列天线的相位方向图，如下式表示
Figure BDA0002430503450000031
其中，θ为天线方位角，
Figure BDA0002430503450000032
为天线俯仰角，
Figure BDA0002430503450000033
为天线平均参考点的相位偏差，x，y，z为天线平均参考点位置。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、该方法解决了卫星导航阵列天线的相位中心标定的工程实现，解决了阵列天线不能够在卫星导航领域高精度应用的问题；
2、该方法给出了阵列天线相位中心的平均参考点位置、相位中心偏移量、相位中心稳定度的定义及测试方法，使阵列天线相位中心的标定成为可能；
3、该方法创新性的提出五自由度的远场测试转台，实现了阵列天线基于平均参考点的远场测试；
4、该方法测试系统简单，测试结果对测试环境的依赖低，测试指标可精准量化，测量重复性好；
5、本发明具有良好的推广和应用价值。
附图说明
图1为本发明阵列天线的相位中心模型图；
图2为本发明阵列天线的相位中心远场标定测试流程图。
具体实施方式
参照图1和图2，卫星导航阵列天线的相位中心远场标定首先针对被测阵列天线，定义天线的平均参考点位置、相位中心偏移量、相位中心稳定度，然后基于微波暗室构建远场测试平台，结合独创设计的五自由度测试转台，构建远场测试环境；沿阵列天线方位、俯仰两维调整转台测试载波相位与时延，将测试数据经过最小二乘拟合处理处理后，转换为基于方位、俯仰的阵列天线相位中心的相位中心偏移量与相位中心稳定度参量；结合波束合成加权信息、幅相一致性修正信息，对阵列天线的加权波束合成信号进行相位中心修正，最终实现卫星导航阵列天线的相位中心的准确标定，为阵列天线的高精度应用提供工程化解决方案。
附图1和图2所示，阵列天线的相位中心模型图与阵列天线的相位中心远场标定测试流程图。具体实施例当中，选用工作频率为1575.42MHz，阵列为七阵元的六围一方阵，卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法步骤如下：
第1步，按照阵列天线模型相位中心的定义，选取中间阵元的中心为阵列天线的平均参考点位置(ARP)，将阵列天线电相位中心相对平均参考点位置的相位偏差定义为相位中心偏移量(PCO)，将阵列天线电相位中心相对相位中心偏移量的变化定义为相位中心稳定度(PCV)，并用
Figure BDA0002430503450000051
表示阵列天线相位中心；其中PCO为电相位中心与平均参考点位置之间的相位偏移量，为一个常数；PCV为电相位中心相对相位偏移量的变化，是随方位、俯仰变化的方差量；
选型阵列天线的平均参考点位置时，选择阵列天线的机械中心，无论什么阵列形式，均选择阵列天线的机械中心，便于未来工程应用与安装测量。依据仿真与工程结果，机械中心有单元天线的阵列在工程实现时可以选作基准参考。相位中心偏移量是阵列天线电相位中心变化均值的真实反映。通过平均参考点位置拟合的方式获得相位中心偏移量。
第2步，利用微波暗室构建测试环境，测试环境包括具有方位与极化两维转动和X/Y/Z三维位移的转台、卫星导航信号模拟器、标准天线、被测阵列天线、载波测量接收机和测试转台控制系统；将被测阵列天线放置在转台上，并通过测试转台控制系统将被测阵列天线平均参考点位置调整到转台的转动与移动的中心上；其中，被测阵列天线与标准天线之间的距离大于2D2/λ，D为天线口径；
需要设计在具有方位转动转台上安装X/Y/Z三维位移转台，三维位移转台上具有极化旋转功能。这样能够保证阵列天线在远场相位中心测试时，以平均参考点位置为旋转中心，进行方位、俯仰两维度测试。
第3步，测试转台控制系统控制卫星导航信号模拟器通过标准天线播发导航信号，并控制转台沿阵列天线方位和极化两维转动，载波测量接收机通过被测阵列天线接收平均参考点位置每个角度的信号时延与载波相位，获得基于方位、俯仰的相位中心二维测试数据，测试转台控制系统将测试数据经过最小二乘拟合处理后，转换为基于方位、俯仰的相位中心偏移量与相位中心稳定度参量；
通过转动转台，利用真实导航信号测试阵列天线的电相位方向图，如下式所示。
Figure BDA0002430503450000061
其中，θ为天线方位角，
Figure BDA0002430503450000062
为天线俯仰角，
Figure BDA0002430503450000063
为天线平均参考点的相位偏差，x，y，z为天线平均参考点位置。
然后通过最最小二乘的方式拟合出相位中心偏移量PCO与相位中心稳定度
Figure BDA0002430503450000064
获取相位中心偏移量与相位中心稳定度的合量；
第4步，基于波束合成中的方位、俯仰参数信息获取相位中心稳定度的修正量，将相位中心稳定度的修正量以及相位中心偏移量进行参数装订，对阵列天线波束合成的输出信号进行相位中心修正，获得阵列天线的高精度相位中心，最终完成卫星导航阵列天线的相位中心远场标定与校准。
本发明工作原理如下：
本发明提出一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法。该方法提出了阵列天线相位中心的定义、测试及修正的工程实现方案，同时基于微波暗室，通过独创的五自由度测试转台实现基于真实卫星导航信号的阵列天线电相位中心的远场精确标定，最后将电相位中心的标定结果通过最小二乘的拟合方式，获取阵列天线的相位中心偏移量与相位中心稳定度，将这两个参量作为阵列天线波束合成的参数输入进行修正，实现卫星导航阵列天线的相位中心的标定。

Claims (2)

1.一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)选取阵列天线的物理几何中心定义为阵列天线相位中心的平均参考点位置ARP，将阵列天线电相位中心相对平均参考点位置的相位偏差定义为相位中心偏移量PCO，将阵列天线电相位中心相对相位中心偏移量的变化定义为相位中心稳定度PCV；则阵列天线相位中心
Figure FDA0002430503440000011
用下式表示：
Figure FDA0002430503440000012
其中，PCO为电相位中心与平均参考点位置之间的相位中心偏移量，为一个常数；PCV为电相位中心相对相位中心偏移量的变化，是随方位、俯仰变化的方差量；
(2)搭建基于远场暗室的测试环境，测试环境包括具有方位与极化两维转动和X/Y/Z三维位移的转台、卫星导航信号模拟器、标准天线、被测阵列天线、载波测量接收机和测试转台控制系统；将被测阵列天线放置在转台上，并通过测试转台控制系统将被测阵列天线平均参考点位置调整到转台的转动与移动的中心上；其中，被测阵列天线与标准天线之间的距离大于2D2/λ，D为天线口径；
(3)测试转台控制系统控制卫星导航信号模拟器通过标准天线播发导航信号，并控制转台沿阵列天线方位和极化两维转动，载波测量接收机通过被测阵列天线接收平均参考点位置每个角度的信号时延与载波相位，获得基于方位、俯仰的相位中心二维测试数据，测试转台控制系统将测试数据经过最小二乘拟合处理后，转换为基于方位、俯仰的相位中心偏移量与相位中心稳定度参量；
(4)基于波束合成中的方位、俯仰参数信息获取相位中心稳定度的修正量，将相位中心稳定度的修正量以及相位中心偏移量进行参数装订，对阵列天线波束合成的输出信号进行相位中心修正，获得阵列天线的高精度相位中心。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法，其特征在于：步骤(3)中基于方位、俯仰的相位中心二维测试数据经过最小二乘拟合处理后，得到被测阵列天线的相位方向图，如下式表示：
Figure FDA0002430503440000021
其中，θ为天线方位角，
Figure FDA0002430503440000022
为天线俯仰角，
Figure FDA0002430503440000023
为天线平均参考点的相位偏差，x，y，z为天线平均参考点位置。
CN202010234424.XA 2020-03-30 2020-03-30 一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法 Active CN111381112B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010234424.XA CN111381112B (zh) 2020-03-30 2020-03-30 一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010234424.XA CN111381112B (zh) 2020-03-30 2020-03-30 一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111381112A CN111381112A (zh) 2020-07-07
CN111381112B true CN111381112B (zh) 2022-04-01

Family

ID=71222712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010234424.XA Active CN111381112B (zh) 2020-03-30 2020-03-30 一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111381112B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112130007B (zh) * 2020-09-25 2021-08-17 四川九洲电器集团有限责任公司 一种天线远场方向图测试方法
WO2022069793A1 (en) * 2020-09-30 2022-04-07 Nokia Technologies Oy Compensating for dynamic antenna array phase deviation
CN113687391A (zh) * 2021-09-13 2021-11-23 中国信息通信研究院 无线终端的卫星导航定位性能快速测试方法及装置
CN115549821A (zh) * 2022-11-15 2022-12-30 成都中科时空比智新研科技有限公司 一种阵列天线外场差分相差标定方法
CN115524541B (zh) * 2022-11-28 2023-03-10 陕西拾贝通讯技术有限公司 基于准远场模式滤波的任意极化线天线阵方向图测量方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107121599A (zh) * 2017-04-25 2017-09-01 上海资誉电子科技有限公司 自适应天线的相位中心标定方法和装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323489B (zh) * 2011-08-18 2013-09-11 北京华力创通科技股份有限公司 对接收机天线的相位中心进行校准的方法和装置
CN104539331B (zh) * 2015-01-09 2017-11-21 哈尔滨工程大学 一种基于改进的混合入侵杂草算法阵列天线波束合成方法
CN107356943B (zh) * 2017-06-01 2020-04-28 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 数字波束形成和相位拟合方法
CN110658537A (zh) * 2019-11-13 2020-01-07 深圳市鼎耀科技有限公司 微波暗室gnss接收机天线绝对相位中心高精度标定的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107121599A (zh) * 2017-04-25 2017-09-01 上海资誉电子科技有限公司 自适应天线的相位中心标定方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111381112A (zh) 2020-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111381112B (zh) 一种卫星导航阵列天线的相位中心远场标定方法
CN109031359B (zh) 一种基于微波暗室的gnss接收天线绝对相位中心校正方法
CN109952513B (zh) 一种相控阵校测的方法以及校测装置
JP4438905B2 (ja) 放射効率測定装置および放射効率測定方法
CN110618408B (zh) 一种精密测距系统天线相位中心的系统标定方法
CN110658537A (zh) 微波暗室gnss接收机天线绝对相位中心高精度标定的方法
CN110672932B (zh) 一种多天线导航暗室测试信号电平的自动标定方法
CN109975840B (zh) 一种调零天线卫星导航接收机定位校正方法
CN113759304B (zh) 双极化天线阵列测向角度的获取方法、系统、设备及介质
CN109374990B (zh) 一种天线相位中心校准方法
CN104375129B (zh) 一种分布式阵列相参合成雷达发射相参参数校准方法
CN108663577A (zh) 一种多探头球面近场交叉极化校正方法
CN114994420A (zh) 相控阵天线阵元通道相位偏转特性测试方法
CN109241565B (zh) 天线球面近场测量中采样位置误差校正方法和装置
CN114113811A (zh) 数字多波束相控阵天线多目标协作测试方法
CN109975620B (zh) 一种全空域相控阵被测天线旋转模拟校准系统及方法
CN109921865B (zh) 一种全空域相控阵天线的标校杆近似模拟校准系统及方法
CN117214841A (zh) 一种相控阵雷达天线平面标校方法
CN115542268A (zh) 一种大口径相控阵天线分块测试方法及测试系统
CN109975619B (zh) 一种基于标校杆旋转的全空域相控阵天线校准系统及方法
CN111929669B (zh) 基于距离补偿的无线电侦测测距的修正方法及系统
CN111965602B (zh) 一种相控阵雷达幅相一致性检测方法和系统
Zhang et al. Research on the measurement of antennas radiation characteristics based on small unmanned aerial vehicle platform
CN114280655A (zh) 一种基于全球导航卫星系统的测姿方法和系统
CN113204035B (zh) 测量阵列天线的相位一致性补偿值的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant