CN112269167A - 一种二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法，二次雷达相控阵天线包括天线阵列、包括多路独立的通道的数字收发组件和校准源，该方法包括初始校准流程；初始校准流程包括：利用定向天线发射的方波信号进行校准得到接收外校准补偿系数；利用校准源发射校准脉冲、多路通道接收校准脉冲进行校准得到接收内校准补偿系数；利用控制多路通道依次发射校准脉冲、校准源接收校准脉冲进行校准得到发射内校准补偿系数；根据接收外校准补偿系数和接收内校准补偿系数计算得到发射外校准补偿系数和天线校准耦合系数，将接收外校准补偿系数和发射外校准补偿系数补偿到多路通道中。本发明能够在外场使用过程中对通道幅相特性进行自动校准。

Description

一种二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法

技术领域

本发明涉及天线校准技术领域，特别是涉及一种二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法。

背景技术

二次雷达能够精确探测飞机的方位、高度、速度信息，广泛运用于军民航路飞行监视、日常及军演飞行保障等空中交通管制领域。二次雷达相控阵天线在出厂后的安装以及日常维护和检修过程中，都可能造成系统的通道幅相特性发生变化，形成的收/发波束发生畸变，造成波束指向不准、辐射能量不集中、增益变小等问题，最终导致二次雷达测角精度变差、作用距离变短，影响正常使用，因此需要对二次雷达相控阵天线进行校准。

现有的校准方法，需要在暗室进行测试对收/发通道的幅相特性进行标定，然后在天线设备当中进行固定补偿。但是对于阵面结构较为复杂、覆盖介质不均匀的大型相控阵天线系统，如地面阵地、大型飞机、舰艇等，难以找到如此大面积的暗室，而且即便有这样的暗室，返场测试的成本也非常高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法，能够在外场使用过程中对通道幅相特性进行自动校准。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法，所述二次雷达相控阵天线包括天线阵列、数字收发组件和校准源，所述数字收发组件包括多路独立的通道，所述智能自适应校准方法包括初始校准流程；

所述初始校准流程包括步骤S1、S2、S3和S4；

S1：控制多路通道接收定向天线发射的方波信号，选择预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的接收外校准补偿系数X_i，其中，所述定向天线标定在天线阵列的法向轴上，i＝1...N，N表示通道数；

S2：控制所述校准源发射校准脉冲以及控制多路通道接收所述校准脉冲，选择所述预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的接收内校准补偿系数A_i；

S3：控制多路通道依次发射校准脉冲以及控制校准源接收多路通道发射的校准脉冲，选择所述预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的发射内校准补偿系数B_i；

S4：根据接收外校准补偿系数X_i和接收内校准补偿系数A_i计算得到天线校准耦合系数G_i，根据接收外校准补偿系数X_i、接收内校准补偿系数A_i和发射内校准补偿系数B_i计算得到发射外校准补偿系数Y_i，将接收外校准补偿系数X_i和发射外校准补偿系数Y_i补偿到多路通道中；

其中，天线校准耦合系数G_i的计算公式为G_i＝X_i-A_i,发射外校准补偿系数Y_i的计算公式为Y_i＝X_i-A_i+B_i。

优选的，所述智能自适应校准方法还包括更新校准流程，所述更新校准流程包括所述步骤S2和S3以及步骤S5；

S5：根据新的接收内校准补偿系数A′_i、发射内校准补偿系数B′_i和天线校准耦合系数G_i计算得到新的接收外校准补偿系数X′_i和发射外校准补偿系数Y_i′，将新的接收外校准补偿系数X′_i和发射外校准补偿系数Y_i′补偿到多路通道中；

其中，接收外校准补偿系数X′_i的计算公式为X′_i＝A′_i+G_i,发射外校准补偿系数Y_i′的计算公式为Y_i′＝B′_i+G_i。

优选的，所述预定通道为排序第一的通道。

优选的，所述天线阵列的长度为3～6m。

优选的，所述定向天线与天线阵列的距离大于400m。

优选的，所述方波信号的周期为4us，占空比为50％。。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：相对于现有的校准方法，本发明能够在降低维护时间和成本的同时，在二次雷达使用过程中对通道幅相特性进行实时校准，保证二次雷达的测角精度和作用距离等探测性能。

附图说明

图1是本发明实施例的二次雷达相控阵天线的架构示意图。

图2是本发明实施例的二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法的流程示意图；

图3是外场校准环境搭建示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的智能自适应校准方法主要用于二次雷达相控阵天线。二次雷达相控阵天线的架构如图1所示，包括天线阵列10、数字收发组件20和校准源30。

天线阵列10包含N个全向天线振子，用于接收/发射无线电信号；

数字收发组件20包含多路独立的通道，多路独立的通道可以接收天线振子接收或者校准源发射的射频信号并解调为基带数字I/Q信号，并传输给波束形成模块40，或者将波束形成模块40发送的基带数字I/Q信号调制为射频信号传输给天线振子发射出去；

校准源30用于接收各通道输出的校准信号并完成解调、采样，传输给波束形成模块40，或者完成校准信号的调制输出。

本实施例的相控阵二次雷达的智能自适应校准方法包括初始校准流程；

初始校准流程包括步骤S1、S2、S3和S4；

S1：控制多路通道接收定向天线发射的方波信号，选择预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的接收外校准补偿系数X_i，其中，定向天线标定在天线阵列的法向轴上，i＝1...N，N表示通道数。

其中，如图3所示，定向天线50标定在天线阵列10的法向轴上，保证天线阵列10的每个天线振子接收到定向天线50的信号近似于平行波束。定向天线50的信号源的发射频率需要设定为二次雷达相控阵天线的接收频率相同，定向天线50调整到指向天线阵列10中心位置。在本实施例中，天线阵列10的长度为3～6m，定向天线50与天线阵列10的距离大于400m，方波信号的周期为4us，占空比为50％。

S2：控制校准源发射校准脉冲以及控制多路通道接收所述校准脉冲，选择所述预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的接收内校准补偿系数A_i。

S3：控制多路通道依次发射校准脉冲以及控制校准源接收多路通道发射的校准脉冲，选择预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的发射内校准补偿系数B_i。

S4：根据接收外校准补偿系数X_i和接收内校准补偿系数A_i计算得到天线校准耦合系数G_i，根据接收外校准补偿系数X_i、接收内校准补偿系数A_i和发射内校准补偿系数B_i计算得到发射外校准补偿系数Y_i，将接收外校准补偿系数X_i和发射外校准补偿系数Y_i补偿到多路通道中。

其中，天线校准耦合系数G_i的计算公式为G_i＝X_i-A_i,发射外校准补偿系数Y_i的计算公式为Y_i＝X_i-A_i+B_i。

天线校准耦合系数G_i的计算公式的推导如下：

假设接收补偿系数为D_i，发射补偿系数为E_i，天线补偿系数为F_i，则有如下公式：

X_i＝D_i+F_i

Y_i＝E_i+F_i

A_i＝D_i+C_i

B_i＝E_i+C_i

通过以上公式的联合推算，可得到发射外校准补偿系数Y_i的计算公式：

Y_i＝X_i-A_i+B_i

以及天线阵列校准耦合系数的计算公式：

G_i＝F_i-C_i＝X_i-A_i。

初始校准流程在首次安装天线阵列或者更换天线阵列后进行，天线校准耦合系数G_i作为常量保存，将接收外校准补偿系数X_i和发射外校准补偿系数Y_i补偿到多路通道中，二次雷达便可以正常使用，由于直接在外场进行校准，从而可以降低维护时间和成本。

考虑到在日常维护或检修时，有时需要更换数字收发组件20的通道，此时需要校准，但是校准无需在使用定向天线。在本实施例中，智能自适应校准方法还包括更新校准流程，更新校准流程包括步骤S2和S3以及步骤S5。也就是说，更新校准流程只需要进行初始校准流程的步骤S2和步骤S3，然后再进行步骤S5。

S5：根据新的接收内校准补偿系数A′_i、发射内校准补偿系数B′_i和天线校准耦合系数G_i计算得到新的接收外校准补偿系数X′_i和发射外校准补偿系数Y_i′，将新的接收外校准补偿系数X′_i和发射外校准补偿系数Y_i′补偿到多路通道中；

其中，接收外校准补偿系数X′_i的计算公式为X′_i＝A′_i+G_i,发射外校准补偿系数Y_i′的计算公式为Y_i′＝B′_i+G_i。

接收外校准补偿系数X′_i的计算公式为X′_i＝A′_i+G_i的推导如下：

X′_i＝A′_i+F_i-C_i＝A′_i+G_i

发射外校准补偿系数Y_i′的计算公式为Y_i′＝B′_i+G_i的推导如下：

Y_i′＝B′_i+F_i-C_i＝B′_i+G_i

由于天线校准耦合系数G_i作为常量，则将新的接收外校准补偿系数X′_i和发射外校准补偿系数Y_i′补偿只需要根据新的接收内校准补偿系数A′_i、发射内校准补偿系数B′_i即可计算得到，因此，更新校准流程只需要进行步骤S2和S3。由于可以随时在使用过程中进行更新校准流程，从而可以在二次雷达使用过程中对通道幅相特性进行实时校准。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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“包括一个……”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。

Claims (6)

1.一种二次雷达相控阵天线的智能自适应校准方法，所述二次雷达相控阵天线包括天线阵列、数字收发组件和校准源，所述数字收发组件包括多路独立的通道，其特征在于，所述智能自适应校准方法包括初始校准流程；

所述初始校准流程包括步骤S1、S2、S3和S4；

S1：控制多路通道接收定向天线发射的方波信号，选择预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的接收外校准补偿系数X_i，其中，所述定向天线标定在天线阵列的法向轴上，i＝1...N，N表示通道数；

S2：控制所述校准源发射校准脉冲以及控制多路通道接收所述校准脉冲，选择所述预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的接收内校准补偿系数A_i；

S3：控制多路通道依次发射校准脉冲以及控制校准源接收多路通道发射的校准脉冲，选择所述预定通道作为参考通道，计算其余通道相对参考通道的发射内校准补偿系数B_i；

S4：根据接收外校准补偿系数X_i和接收内校准补偿系数A_i计算得到天线校准耦合系数G_i，根据接收外校准补偿系数X_i、接收内校准补偿系数A_i和发射内校准补偿系数B_i计算得到发射外校准补偿系数Y_i，将接收外校准补偿系数X_i和发射外校准补偿系数Y_i补偿到多路通道中；

其中，天线校准耦合系数G_i的计算公式为G_i＝X_i-A_i,发射外校准补偿系数Y_i的计算公式为Y_i＝X_i-A_i+B_i。

2.根据权利要求1所述的智能自适应校准方法，其特征在于，所述智能自适应校准方法还包括更新校准流程，所述更新校准流程包括所述步骤S2和S3以及步骤S5；

S5：根据新的接收内校准补偿系数A_i′、发射内校准补偿系数B_i′和天线校准耦合系数G_i计算得到新的接收外校准补偿系数X_i′和发射外校准补偿系数Y_i′，将新的接收外校准补偿系数X_i′和发射外校准补偿系数Y_i′补偿到多路通道中；

其中，接收外校准补偿系数X_i′的计算公式为X_i′＝A_i′+G_i,发射外校准补偿系数Y_i′的计算公式为Y_i′＝B_i′+G_i。

3.根据权利要求2所述的智能自适应校准方法，其特征在于，所述预定通道为排序第一的通道。

4.根据权利要求2所述的智能自适应校准方法，其特征在于，所述天线阵列的长度为3～6m。

5.根据权利要求4所述的智能自适应校准方法，其特征在于，所述定向天线与天线阵列的距离大于400m。

6.根据权利要求5所述的智能自适应校准方法，其特征在于，所述方波信号的周期为4us，占空比为50％。

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