CN112367126B - 一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，在星载数字多波束通信载荷上设置地面标校输出通道和对外测试口；将星载数字多波束通信载荷、探针架设在微波暗室中，对外测试口与电脑连通；以信号源发出的信号为基准进行接收通道的标校，以地面标校输出通道发射信号与发射通道的信号的相位差为基准进行发射通道的标校。本发明是为了解决星载数字多波束通信载荷标校标校困难的问题，提出一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，该方法简单易行，标校流程在微波暗室完成，标校方案采用接收与发射通道分开标校，利用微波暗室天线测试系统和通用仪器完成标校任务。此外，在载荷设计之初即考虑标校需求，星上设备预留标校输出通道和对外测试口。

Description

一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法。

背景技术

随着数字信号处理技术的飞速发展，数字多波束(DBF)技术被引入到卫星通信有效载荷领域。数字多波束技术具有更容易实现多波束、波束扫描快、波束易于赋形和抗干扰能力强等优点，正成为卫星通信有效载荷的主流技术。

星载数字多波束通信载荷其阵列天线单元间的互耦、射频通道间各元器件的固有幅相差异、装配误差、电路老化及温度等环境因素的变化，将导致通道间幅度和相位不一致。幅相不一致影响天线方向图特性，造成天线增益下降、旁瓣电平升高，严重时会影响形成波束的形状和指向。因此，在地面调试阶段必须对数字多波束通信载荷进行标校，测量出各通道间幅度和相位的差异，并在数字域进行补偿。

相比模拟多波束通信载荷，数字多波束通信载荷的波束形成在数字域完成，每次开机其幅相特性都不尽相同。此外，数字多波束通信载荷通常将波束形成功能与后端的调制/解调功能进行一体化设计，没有射频信号的输入/输出接口，这样使载荷的标校工作变的更加困难，传统的标校方法已不再适用。

发明内容

本发明是为了解决星载数字多波束通信载荷标标校困难的问题，提出一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，该方法简单易行，标校流程在微波暗室完成，标校方案采用接收与发射通道分开标校，利用微波暗室天线测试系统和通用仪器完成标校任务。此外，在载荷设计之初即考虑标校需求，星上设备预留标校输出通道和对外测试口。

本发明提供一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷上设置地面标校输出通道和对外测试口；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷、探针架设在微波暗室中，对外测试口与电脑连通；

S3、接收通道标校：

S31、将探针与信号源连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷设置在接收状态；

S33、信号源输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA在数字域测量出接收信号相位；

S35、将接收信号相位注入FPGA扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道和探针分别与多通道示波器的输入端口连通，多通道示波器设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器测量出发射信号与标校信号的相位差；

S45、将相位差使用电脑通过对外测试口注入FPGA中，FPGA根据相位差将标校的通道相位标校成地面标校输出通道相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，步骤S2中，探针与数字多波束通信载荷架设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，步骤S34和S35之间还包括步骤SⅠ：

SⅠ、至少一次重复步骤S33和步骤S34的操作，将各次测量接收信号相位取平均值得到最终接收信号相位；

S35、将最终接收信号相位注入FPGA扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，步骤S44和步骤S45之间还包括步骤SⅡ：

SⅡ、至少一次重复步骤S43和步骤S44，将各次测量发射信号与标校信号的相位差取平均值得到最终相位差；

S45、将最终相位差使用电脑通过对外测试口注入FPGA中，FPGA根据最终相位差将通道的相位标校成地面标校输出通道相位，发射通道标校完成。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，步骤S3还包括：

S36、验证接收通道标校的效果并调整：再次进行步骤S33和步骤S34，得到二次接收信号相位并根据二次接收信号相位是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断接收通道标校的效果良好，接收通道标校完成；如果否，则判断接收通道标校的效果不好，重新进行步骤S33和步骤S35后再次进行步骤S33和步骤S34，直至接收信号相位在零相位附近，接收通道标校完成。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，步骤S4还包括：

S46、验证发射通道标校的效果并调整：再次进行步骤S43和步骤S44，得到通道的二次相位差并根据二次相位差是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断发射通道标校的效果良好，发射通道标校完成；如果否，则判断发射通道标校的效果不好，重新进行步骤S43和S45后再次进行步骤S43和步骤S44，直至相位差一致，发射通道标校完成。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，星载数字多波束通信载荷地面标校方法的设备包括：设置在微波暗室的星载数字多波束通信载荷和探针，设置在控制室的用于实时监测标校流程工作状态，输出标校得到的相位值，注入相位的修正值的电脑、信号源和多通道示波器。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，星载数字多波束通信载荷包括依次连接的天线面、射频前端、信号处理模块和为射频前端及信号处理模块供电的电源模块；

天线面包括用于接收和发射信号的通道，通道至少为两个；信号处理模块包括与射频前端连接的变频系统，与变频系统连接的FPGA，与FPGA相连的对外测试口，与FPGA相连的地面标校输出通道用上变频装置和与地面标校输出通道用上变频装置相连的地面标校输出通道。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，地面标校输出通道的对外接口形式为SMA，地面标校输出通道与通道共源。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，作为优选方式，对外测试口接口形式为RS422。

本发明所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，详细流程如下：

(一)、接收通道标校

星载数字多波束通信载荷架设在微波暗室，采用探针作为发射天线，发射探针与数字多波束通信载荷架设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件。

采用信号源输出正弦波信号激励发射天线，信号源输出频率设置为数字多波束通信载荷的接收频率。数字多波束通信载荷工作于接收状态，所有通道同时接收信号源通过发射天线发送的正弦波信号。各通道接收到的信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，利用FPGA软件在数字域测量出每个接收通道接收到信号的相位。为了提高测量的准确性，采用多次测量取平均的方式得到最终各接收通道的相位值。

将测量得到的最终各接收通道的相位值注入FPGA软件中，软件会扣除注入的相位值，将各接收通道的相位校准到零相位，至此完成了数字多波束通信载荷接收通道标校。为了验证标校效果，可以再次测量各接收通道接收到信号的相位，如果都在零相位附近说明标校效果良好。反之，需要重新标校。

(二)、发射通道标校

星载数字多波束通信载荷架设在微波暗室，采用探针作为接收天线，接收探针与数字多波束通信载荷架设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件。接收探针接收的信号送入多通道示波器的一个输入端口，星载数字多波束通信载荷标校输出通道发射信号送入多通道示波器的另一个输入端口。

选择第1个发射通道处于工作状态，发射信号为发射工作频率的正弦波信号，同时关闭其它发射通道。在第1个发射通道向外发射信号的同时，星载数字多波束通信载荷标校输出通道发射同频的标校正弦波信号。在多通道示波器上测量出标校输出通道发射信号与接收探针接收信号的相位差，该相位差即为第1个发射通道与标校信号的相位差，照此方法可依次测量出所有发射通道与标校信号的相位差。为了提高测量的准确性，采用多次测量取平均的方式得到最终各发射通道与标校信号的相位差。

将测量得到的最终各发射通道与标校信号的相位差注入FPGA软件中，软件会扣除发射通道间的相位差异，将各发射通道的相位标校一致，至此完成了数字多波束通信载荷发射通道标校。为了验证标校效果，可以再次测量各发射通道与标校信号的相位差，如果相位差一致说明标校效果良好。反之，需要重新标校。

(三)、星上设备预先设计标校输出通道和对外测试口

星载数字多波束通信载荷在设计之初就考虑地面标校需求，预先设计标校输出通道，对外接口形式为SMA。同时兼顾地面暗室接收天线方向图测试需求，标校输出通道与接收、发射通道共源，工作频率适应范围为接收和发射工作频段。

星载数字多波束通信载荷在设计之初就考虑地面标校需求，预先设计对外测试口，对外接口形式为RS422。对外测试口能实时监测标校流程工作状态，具备输出标校得到的相位值，注入相位修正值等功能。

本发明具有以下优点：

(1)本发明制定了一套完整的星载数字多波束通信载荷地面标校的方法，通过接收通道标校流程、发射通道标校流程、预先设计标校输出通道和对外测试口三方面，可以完成星载数字多波束通信载荷的地面标校工作。

(2)本发明的标校方法只需要信号源、多通道示波器等常见的通用仪器即可完成标校，极大地节省成本、经济实用。

(3)本发明的标校方法采用正弦波信号进行标校，标校流程特别简单、快速、直观。

附图说明

图1为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法接收通道标校设备连接图；

图2为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法发送通道标校设备连接图；

图3为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法总流程图；

图4为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例1、2、7步骤S3流程图；

图5为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例1、2、7步骤S4流程图；

图6为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例3步骤S3流程图；

图7为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例4步骤S4流程图；

图8为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例5步骤S3流程图；

图9为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例6步骤S4流程图；

图10为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法星载数字多波束通信载荷结构图；

图11为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例8-10步骤S3流程图；

图12为一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法实施例8-10步骤S4流程图；。

附图标记：

1、星载数字多波束通信载荷；11、天线面；12、射频通道；13、信号处理模块；131、变频系统；132、FPGA；133、对外测试口；134、地面标校输出通道用上变频装置；135、地面标校输出通道；2、探针；3、电脑；4、信号源；5、多通道示波器。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1-5所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

S35、将接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

S45、将相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据相位差将标校的通道相位标校成地面标校输出通道135相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成。

实施例2

如图1-5所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；探针2与数字多波束通信载荷1架设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

S35、将接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

S45、将相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据相位差将标校的通道相位标校成地面标校输出通道135相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成。

实施例3

如图1-3、5-6所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

SⅠ、至少一次重复步骤S33和步骤S34的操作，将各次测量接收信号相位取平均值得到最终接收信号相位；

S35、将最终接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

S45、将相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据相位差将标校的通道相位标校成地面标校输出通道135相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成。

实施例4

如图1-4、7所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

S35、将接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

SⅡ、至少一次重复步骤S43和步骤S44，将各次测量发射信号与标校信号的相位差取平均值得到最终相位差；

S45、将最终相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据最终相位差将通道的相位标校成地面标校输出通道135相位，发射通道标校完成。

实施例5

如图1-3、5、8所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

S35、将接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S36、验证接收通道标校的效果并调整：再次进行步骤S33和步骤S34，得到二次接收信号相位并根据二次接收信号相位是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断接收通道标校的效果良好，接收通道标校完成；如果否，则判断接收通道标校的效果不好，重新进行步骤S33和步骤S35后再次进行步骤S33和步骤S34，直至接收信号相位在零相位附近，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

S45、将相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据相位差将标校的通道相位标校成地面标校输出通道135相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成。

实施例6

如图1-4、9所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

S35、将接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

S45、将相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据相位差将标校的通道相位标校成地面标校输出通道135相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成。

S46、验证发射通道标校的效果并调整：再次进行步骤S43和步骤S44，得到通道的二次相位差并根据二次相位差是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断发射通道标校的效果良好，发射通道标校完成；如果否，则判断发射通道标校的效果不好，重新进行步骤S43和S45后再次进行步骤S43和步骤S44，直至相位差一致，发射通道标校完成。

实施例7

如图1-5、10所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

S35、将接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位，接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

S45、将相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据相位差将标校的通道相位标校成地面标校输出通道135相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成。

星载数字多波束通信载荷地面标校方法的设备包括：设置在微波暗室的星载数字多波束通信载荷1和探针2，设置在控制室的用于实时监测标校流程工作状态，输出标校得到的相位值，注入相位的修正值的电脑3、信号源4和多通道示波器5；

星载数字多波束通信载荷1包括依次连接的天线面11、射频前端12、信号处理模块13和为射频前端12及信号处理模块13供电的电源模块14；

天线面11包括用于接收和发射信号的通道，通道至少为2个；信号处理模块13包括与射频前端12连接的变频系统131，与变频系统131连接的FPGA132，与FPGA132相连的对外测试口133，与FPGA132相连的地面标校输出通道用上变频装置134和与地面标校输出通道用上变频装置134相连的地面标校输出通道135；对外测试口133接口形式为RS422；地面标校输出通道135的对外接口形式为SMA，地面标校输出通道135与通道共源。

实施例8

如图1-3、10-12所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷1上设置地面标校输出通道135和对外测试口133；

S2、地面标校装置架设：将星载数字多波束通信载荷1、探针2架设在微波暗室中，对外测试口133与电脑3连通；探针2与数字多波束通信载荷1架设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件；通道至少为两个；

S3、接收通道标校：

S31、将探针2与信号源4连通；

S32、将星载数字多波束通信载荷1设置在接收状态；

S33、信号源4输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、所有接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA132在数字域测量出接收信号相位；

SⅠ、至少一次重复步骤S33和步骤S34的操作，将各次测量接收信号相位取平均值得到最终接收信号相位；

S35、将最终接收信号相位注入FPGA132扣除注入的相位值后校准到零相位；

S36、验证接收通道标校的效果并调整：再次进行步骤S33和步骤S34，得到二次接收信号相位并根据二次接收信号相位是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断接收通道标校的效果良好，接收通道标校完成；如果否，则判断接收通道标校的效果不好，重新进行步骤S33和步骤S35后再次进行步骤S33和步骤S34，直至接收信号相位在零相位附近，接收通道标校完成。

S4、发射通道标校：

S41、将地面标校输出通道135和探针2分别与多通道示波器5的输入端口连通，多通道示波器5设置在相位测量模式；

S42、将星载数字多波束通信载荷1设置在发射状态，分别对每个通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、标校的通道发射信号，发射信号为正弦波，同时地面标校输出通道135发射与发射信号同频的标校信号；

S44、多通道示波器5测量出发射信号与标校信号的相位差；

SⅡ、至少一次重复步骤S43和步骤S44，将各次测量发射信号与标校信号的相位差取平均值得到最终相位差；

S45、将最终相位差使用电脑3通过对外测试口133注入FPGA132中，FPGA132根据最终相位差将标校的通道的相位标校成地面标校输出通道135相位；全部通道标校完成后，发射通道标校完成；

S46、验证发射通道标校的效果并调整：再次进行步骤S43和步骤S44，得到通道的二次相位差并根据二次相位差是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断发射通道标校的效果良好，发射通道标校完成；如果否，则判断发射通道标校的效果不好，重新进行步骤S43和S45后再次进行步骤S43和步骤S44，直至相位差一致，发射通道标校完成；

星载数字多波束通信载荷地面标校方法的设备包括：设置在微波暗室的星载数字多波束通信载荷1和探针2，设置在控制室的用于实时监测标校流程工作状态，输出标校得到的相位值，注入相位的修正值的电脑3、信号源4和多通道示波器5；

星载数字多波束通信载荷1包括依次连接的天线面11、射频前端12、信号处理模块13和为射频前端12及信号处理模块13供电的电源模块14；

天线面11包括用于接收和发射信号的通道，通道至少为2个；信号处理模块13包括与射频前端12连接的变频系统131，与变频系统131连接的FPGA132，与FPGA132相连的对外测试口133，与FPGA132相连的地面标校输出通道用上变频装置134和与地面标校输出通道用上变频装置134相连的地面标校输出通道135；对外测试口133接口形式为RS422；地面标校输出通道135的对外接口形式为SMA，地面标校输出通道135与通道共源。

实施例9

如图1-3、10-12所示，一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，星载数字多波束通信载荷架1设在微波暗室，采用探针2作为发射天线，发射探针与数字多波束通信载荷1架设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件。

(一)接收通道标校

采用信号源输4出正弦波信号激励发射天线，信号源4输出频率设置为数字多波束通信载荷1的接收频率。数字多波束通信载荷1工作于接收状态，所有通道同时接收信号源通过发射天线发送的正弦波信号。各通道接收到的信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，利用FPGA软件132在数字域测量出每个接收通道接收到信号的相位。为了提高测量的准确性，采用多次测量取平均的方式得到最终各接收通道的相位值。

将测量得到的最终各接收通道的相位值注入FPGA软件132中，软件会扣除注入的相位值，将各接收通道的相位校准到零相位，至此完成了数字多波束通信载荷1接收通道标校。为了验证标校效果，可以再次测量各接收通道接收到信号的相位，如果都在零相位附近说明标校效果良好。反之，需要重新标校。

(二)、发射通道标校

星载数字多波束通信载荷1架设在微波暗室，采用探针2作为接收天线，接收探针2与数字多波束通信载荷架1设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件。接收探针2接收的信号送入多通道示波器5的一个输入端口，星载数字多波束通信载荷1标校输出通道发射信号送入多通道示波器5的另一个输入端口。

选择第1个发射通道处于工作状态，发射信号为发射工作频率的正弦波信号，同时关闭其它发射通道。在第1个发射通道向外发射信号的同时，星载数字多波束通信载荷1标校输出通道135发射同频的标校正弦波信号。在多通道示波器5上测量出标校输出通道135发射信号与接收探针2接收信号的相位差，该相位差即为第1个发射通道与标校信号的相位差，照此方法可依次测量出所有发射通道与标校信号的相位差。为了提高测量的准确性，采用多次测量取平均的方式得到最终各发射通道与标校信号的相位差。

将测量得到的最终各发射通道与标校信号的相位差注入FPGA软件132中，软件会扣除发射通道间的相位差异，将各发射通道的相位标校一致，至此完成了数字多波束通信载荷1发射通道标校。为了验证标校效果，可以再次测量各发射通道与标校信号的相位差，如果相位差一致说明标校效果良好。反之，需要重新标校。

(三)、星上设备预先设计标校输出通道和对外测试口

星载数字多波束通信载荷1在设计之初就考虑地面标校需求，预先设计标校输出通道，对外接口形式为SMA。同时兼顾地面暗室接收天线方向图测试需求，标校输出通道与接收、发射通道共源，工作频率适应范围为接收和发射工作频段。

星载数字多波束通信载荷1在设计之初就考虑地面标校需求，预先设计对外测试口133，对外接口形式为RS422。对外测试口133能实时监测标校流程工作状态，具备输出标校得到的相位值，注入相位修正值等功能。

实施例11

如图1-3、10-12所示，某卫星通信载荷主要实现地面多目标间的远距离通信，共需形成8个收/发波束。该卫星通信载荷采用数字多波束技术，由4×4共16个收/发通道组成，该卫星通信载荷预先计了标校输出通道和对外测试口，其地面标校流程如下：

(一)、接收通道标校流程

星载数字多波束通信载荷1接收通道地面标校在满足远场条件的微波暗室中进行，其步骤如下：

(1)进行设备连接，信号源4设置为接收工作频率的正弦波信号。

(2)数字多波束通信载荷1加电工作，设置为接收工作状态，16个通道同时接收信号源通过发射天线发送的正弦波信号。

(3)各接收通道接收到的信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，利用FPGA软件132在数字域测量出16个接收通道接收到信号的相位。

(4)将测量得到的16个接收通道的相位值注入FPGA软件132中，软件会扣除注入的相位值，将16个接收通道的相位校准到零相位。

(5)为了验证标校效果，可以再次测量16个接收通道接收到信号的相位，如果都在零相位附近说明标校效果良好。反之，需要重新标校。

(6)接收通道标校流程结束，记录接收通道相位修正值，星上和地面设备断电。

(二)、发射通道标校流程

星载数字多波束通信载荷1发射通道地面标校在满足远场条件的微波暗室中进行，其步骤如下：

(1)进行设备连接，多通道示波器5设置为相位测量模式。

(2)数字多波束通信载荷1加电工作，设置第1个发射通道处于工作状态，其它发射通道关闭。

(3)设置第1个发射通道输出工作频率的正弦波信号，同时标校输出通道输出同频的标校正弦波信号。

(4)在多通道示波器上5测量出第1个发射通道输出信号与标校输出通道输出信号的相位差，该相位差即为第1个发射通道与标校信号的相位差。

(5)重复步骤2∽4，依次打开第2至第16个发射通道，可依次测量出16个发射通道与标校信号的相位差，并记录。

(6)将依次测量得到的16个发射通道与标校信号的相位差注入FPGA软件中，软件会扣除16个发射通道间的相位差异，将16个发射通道的相位标校一致。

(7)为了验证标校效果，可以再次测量16个发射通道与标校信号的相位差，如果相位差一致说明标校效果良好。反之，需要重新标校。

(8)发射通道标校流程结束，记录发射通道相位修正值，星上和地面设备断电。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、设置输出通道和对外测试口：在星载数字多波束通信载荷(1)上设置地面标校输出通道(135)和对外测试口(133)；

S2、地面标校装置架设：将所述星载数字多波束通信载荷(1)、探针(2)架设在微波暗室中，所述对外测试口(133)与电脑(3)连通；

S3、接收通道标校：

S31、将所述探针(2)与信号源(4)连通；

S32、将所述星载数字多波束通信载荷(1)设置在接收状态；

S33、所述信号源(4)输出正弦波信号激励发射天线，所有通道接收信号；

S34、所述接收信号经滤波、放大、下变频和采样处理后，FPGA(132)在数字域测量出所述接收信号相位；

S35、将所述接收信号相位注入所述FPGA(132)扣除注入的相位值后校准到零相位，所述接收通道标校完成；

S36、验证所述接收通道标校的效果并调整：再次进行所述步骤S33和所述步骤S34，得到二次接收信号相位并根据所述二次接收信号相位是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断所述接收通道标校的效果良好，所述接收通道标校完成；如果否，则判断所述接收通道标校的效果不好，重新进行所述步骤S33和所述步骤S35后再次进行所述步骤S33和所述步骤S34，直至所述接收信号相位在零相位附近，所述接收通道标校完成；

S4、发射通道标校：

S41、将所述地面标校输出通道(135)和所述探针(2)分别与多通道示波器(5)的输入端口连通，所述多通道示波器(5)设置在相位测量模式；

S42、将所述星载数字多波束通信载荷(1)设置在发射状态，分别对每个所述通道进行标校，标校的通道设置为工作状态，其余通道关闭；

S43、所述标校的通道发射信号，所述发射信号为正弦波，同时所述地面标校输出通道(135)发射与所述发射信号同频的标校信号；

S44、所述多通道示波器(5)测量出所述发射信号与所述标校信号的相位差；

S45、将所述相位差使用所述电脑(3)通过所述对外测试口(133)注入所述FPGA(132)中，所述FPGA(132)根据所述相位差将所述标校的通道相位标校成所述地面标校输出通道(135)相位；全部所述通道标校完成后，所述发射通道标校完成；

S46、验证所述发射通道标校的效果并调整：再次进行所述步骤S43和所述步骤S44，得到所述通道的二次相位差并根据所述二次相位差是否在零相位附近进行判断：如果是，则判断所述发射通道标校的效果良好，所述发射通道标校完成；如果否，则判断所述发射通道标校的效果不好，重新进行所述步骤S43和所述S45后再次进行所述步骤S43和所述步骤S44，直至所述相位差一致，所述发射通道标校完成；

所述星载数字多波束通信载荷(1)包括依次连接的天线面(11)、射频前端(12)、信号处理模块(13)和为所述射频前端(12)及所述信号处理模块(13)供电的电源模块(14)；

所述天线面(11)包括用于接收和发射信号的通道，所述通道至少为两个；所述信号处理模块(13)包括与所述射频前端(12)连接的变频系统(131)，与所述变频系统(131)连接的FPGA(132)，与所述FPGA(132)相连的对外测试口(133)，与所述FPGA(132)相连的地面标校输出通道用上变频装置(134)和与所述地面标校输出通道用上变频装置(134)相连的地面标校输出通道(135)。

2.根据权利要求 1所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，其特征在于：步骤S2中，所述探针(2)与所述数字多波束通信载荷(1)架设在同一高度、中心相对并采用水平仪调平，且距离满足远场条件。

3.根据权利要求 1所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，其特征在于：步骤S34和S35之间还包括步骤SⅠ：

SⅠ、至少一次重复所述步骤S33和所述步骤S34的操作，将各次测量所述接收信号相位取平均值得到最终接收信号相位；

S35、将所述最终接收信号相位注入所述FPGA(132)扣除注入的相位值后校准到零相位，所述接收通道标校完成。

4.根据权利要求 1所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，其特征在于：所述步骤S44和所述步骤S45之间还包括步骤SⅡ：

SⅡ、至少一次重复所述步骤S43和所述步骤S44，将各次测量所述发射信号与所述标校信号的相位差取平均值得到最终相位差；

S45、将所述最终相位差使用所述电脑(3)通过所述对外测试口(133)注入所述FPGA(132)中，所述FPGA(132)根据所述最终相位差将所述通道的相位标校成所述地面标校输出通道(135)相位，所述发射通道标校完成。

5.根据权利要求 1所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，其特征在于：所述星载数字多波束通信载荷地面标校方法的设备包括：设置在微波暗室的所述星载数字多波束通信载荷(1)和所述探针(2)，设置在控制室的用于实时监测标校流程工作状态，输出标校得到的所述相位值，注入所述相位的修正值的所述电脑(3)、所述信号源(4)和所述多通道示波器(5)。

6.根据权利 要求 1所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，其特征在于：所述地面标校输出通道(135)的对外接口形式为SMA，所述地面标校输出通道(135)与所述通道共源。

7.根据权利要求 1所述的一种星载数字多波束通信载荷地面标校方法，其特征在于：所述对外测试口(133)接口形式为RS422。

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