CN113820670B - 一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，通过在相控阵天线单元的负载端配置耦合器和定标网络，利用雷达上下行链路，构成定标回路，实现了对星载相控阵雷达阵元各支路幅度、相位等特性的定标，可完成雷达稳定性与天线性能的监测与评估；射频链路采用微波通道+收发驱动放大器两级放大方式，定标时关闭接收或发射驱动放大器，提高了相控阵各支路的校准输入信号与输出信号间的隔离度，降低了泄漏信号对定标精度的影响；采用相参信号分时采集与处理的办法，利用雷达中固有的射频链路，进行幅度相位标定与测量，不需要增加额外的收发信道，系统组成更为简单。

Description

一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法。

背景技术

星载相控阵气象雷达是对云、降水等气象要素进行精确定量测量的主动微波遥感仪器，对仪器自身参数的准确性与稳定性都提出了很高的要求。虽然发射前在地面会对雷达系统参数进行严格的测试与标定，但是由于温度、老化、空间环境影响，雷达的系统参数会发生漂移，天线性能会发生变化(如旁瓣升高等)，因此需要在轨周期性地开展内定标，对系统参数进行监测与标定，评估天线性能。

目前在轨及有在轨经历的星载相控阵气象雷达的内定标方案只能实现其对数接收机的线性度标定，无法对雷达的收发链路及相控阵天线阵元支路的幅、相测量与监测，不能评估天线的性能。雷达收发链路的标定与天线性能评估只能通过天地大系统的外定标实现。外定标过程复杂，涉及到的环节多，定标周期较长，难以对雷达短时的稳定性及天线性能进行有效评估。

发明内容

本发明是为了解决星载相控阵气象雷达在轨内定标的问题，通过在相控阵天线单元的负载端配置耦合器和定标网络，利用雷达上下行链路，构成定标回路，实现了对星载相控阵雷达阵元各支路幅度、相位等特性的定标，可完成雷达稳定性与天线性能的监测与评估；射频链路采用微波通道+收发驱动放大器两级放大方式，定标时关闭接收或发射驱动放大器，提高了相控阵各支路的校准输入信号与输出信号间的隔离度，降低了泄漏信号对定标精度的影响；采用相参信号分时采集与处理的办法，利用雷达中固有的射频链路，进行幅度相位标定与测量，不需要增加额外的收发信道，系统组成更为简单。

本发明提供一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，包括以下步骤：

S1、相控阵气象雷达进行在轨定标，分为发射内定标和接收内定标，发射内定标时进入步骤S2，接收内定标时进入步骤S3；

S2、发射内定标：关闭接收驱动放大器，并将设置在相控阵气象雷达内部的在轨定标系统中的定标网络与微波通道的下行信道连通，雷达控制和处理器输出中频脉冲信号，经过上行信道进行变频、滤波后进行放大处理形成发射定标信号，经发射驱动放大器、功分网络将发射定标信号输入至TR组件的射频入口处，TR组件在雷达控制和处理器的控制下打开待定标组件的发射使能，对发射定标信号进行功率放大后输入至天线单元；发射定标信号的部分能量通过天线单元上的波导缝隙辐射至空间、部分能量传输至在轨定标系统中的天线耦合器；天线耦合器耦合出部分能量送至定标网络进行合路处理，并通过定标开关输送至下行信道经放大、变频、滤波处理后送至雷达控制和处理器，雷达控制和处理器进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面；

S3、接收内定标：关闭发射驱动放大器，并将定标网络与微波通道的上行信道连通，雷达控制和处理器输出中频脉冲信号，经过上行信道进行变频、滤波后进行放大处理形成接收定标信号，接收定标信号依次经定标开关、定标网络、天线耦合器和天线单元后输入至TR组件的接收入口处，TR组件在雷达控制和处理器的控制下打开待定标组件的接收使能，对接收定标信号进行功率放大后送至接收驱动放大器，接收驱动放大器将接收定标信号放大后送至下行信道经放大、变频、滤波处理后送至雷达控制和处理器，雷达控制和处理器进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，步骤S2包括以下步骤：

S21、发射内定标准备：雷达控制和处理器关闭接收驱动放大器，将定标开关切至下行信道使定标网络与下行信道连通；关闭所有TR组件的接收使能，将TR组件第i发射通道打开、其余发射通道关闭，并将相位控制码设置为第k个相位控制码，i、k初始均为1；

S22、生成中频脉冲信号：雷达控制和处理器内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同的中频脉冲信号送至上行信道；

S23、信号上行处理：上行信道将中频脉冲信号变频、放大后送至发射驱动放大器进一步将信号放大后形成发射定标信号发送至功分网络，经功分网络分路后送至TR组件的射频输入口；

S24、信号调制：第i发射通道对发射定标信号进行功率放大并依据第k个相位控制码进行相位调制后发送至天线单元；

S25、信号发射：发射定标信号进入天线单元后，部分能量通过天线单元上的缝隙辐射至空间、部分能量传输至天线负载端并通过天线耦合器和定标网络发送至内定标开关的入口；

S26、发射定标信号处理：定标开关将发射定标信号传输至下行通道入口，经过下变频、滤波、放大处理后发送至雷达控制和处理器；

S27、发射定标信号传输至地面：雷达控制和处理器中的数字接收机将发射定标信号进行AD量化、存储、打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理；

k＝k+1，返回至步骤S21，直至完成第i发射通道所有相位控制码的遍历；

S28、第i发射通道测试完成：第i发射通道完成测试，第i发射通道完成发射标定，i＝i+1，返回步骤S21，直至完成所有发射通道的标定；

S29、支路标定完成：所有发射通道的标定完成，即所有阵元支路发射标定完成；

S2a、地面信号处理：地面接收发射定标信号进行比对处理。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，步骤S2a中，地面接收发射定标信号后进行FFT处理，获得发射定标信号幅度和相位，通过对比同一发射通道不同相位码控制时发射定标信号的相位变化，判断移相性能是否满足要求；将本次获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，判断雷达发射参数是否稳定，同时也获得阵元支路间的幅相变化的大小，为发射天线性能评估与监测提供支撑数据。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，步骤S3包括以下步骤：

S31、接收内定标准备：雷达控制和处理器关闭发射驱动放大器，将定标开关切至上行信道使定标网络与上行信道连通；关闭所有TR组件的发射使能，将TR组件第i接收通道打开、其余接收通道关闭，并将相位控制码设置为第k个相位控制码，i、k初始均为1；

S32、生成中频脉冲信号：雷达控制和处理器内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同中频脉冲信号送至上行信道；

S33、信号上行处理：上行信道将中频脉冲信号变频、放大后形成接收定标信号通过定标开关发送至定标网络；

S34、信号接收：接收定标信号通过定标网络和天线耦合器分路与耦合后，被注入天线单元并发送至每个TR组件的接收入口；

S35、信号调制：TR组件中的第i接收通道对接收定标信号进行功率放大并依据第k个相位控制码进行相位调制后发送至功分网络，再经接收驱动放大器放大后发送至下行信道；

S36、接收定标信号处理：下行信道将接收定标信号进行变频、滤波、放大处理后发送至雷达控制和处理器；

S37、接收定标信号传输至地面：雷达控制和处理器中的数字接收机将接收定标信号进行AD量化、存储、打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理；

k＝k+1，返回至步骤S31，直至完成第i接收通道所有相位控制码的遍历；

S38、第i接收通道测试完成：第i接收通道完成测试，第i接收通道完成接收标定，i＝i+1，返回步骤S31，直至完成所有接收通道的标定；

S39、支路标定完成：所有发射通道的标定完成，即所有阵元支路接收标定完成；

S3a、地面信号处理：地面接收接收定标信号进行比对处理。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，步骤S3a中，地面接收接收定标信号后进行FFT处理，获得接收定标信号幅度和相位，通过对比同一接收通道不同相位码控制时接收定标信号的相位变化，判断移相性能是否满足要求；将本次获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，判断雷达接收参数是否稳定，同时也获得阵元支路间的幅相变化的大小，为接收天线性能评估与监测提供支撑数据。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，在轨定标系统包括定标网络和与定标网络电连接的天线耦合器、定标开关，定标网络和天线耦合器均设置在天线负载端，天线耦合器与相控阵天线单元电连接，定标开关与上行信道和下行通道均电连接。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，定标网络为金属波导；

天线耦合器的数量为所有阵元支路的数量之和的1/8。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，定标开关包括与定标网络电连接的第一节点、与上行信道电连接的第二节点和与下行通道电连接的第三节点；

当第一节点和第二节点连通时定标网络与上行信道连通；当第一节点和第三节点连通时定标网络与下行通道连通。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，下行信道包括变频器和放大器，下行信道依次与接收驱动放大器和功分网络电连接；

上行信道包括变频器和放大器，上行信道依次与发射驱动放大器和功分网络电连接。

本发明所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，作为优选方式，相控阵气象雷达还包括与雷达控制和处理器连接的卫星平台接口，卫星平台接口用于将包括发射定标信号的发射定标数据和包括接收定标信号的接收定标数据送至地面。

本发明的技术解决方案是：

在相控阵天线单元的负载端配置耦合器和定标网络，利用雷达上下行链路，构成定标信号回路；采用微波通道+收发驱动放大器两级放大方式，定标时关闭接收或发射驱动放大器，提高相控阵各支路的校准输入信号与输出信号间的隔离度；采用相参信号分时采集方案，对不同TR组件、不同移相控制码的定标信号进行采集与下传；在地面进行信号处理，实现阵元各支路幅度、相位的测量与监测，评估雷达在轨链路的稳定性和天线性能。

雷达内定标分为发射内定标和接收内定标。发射内定标时，主要涉及雷达控制和处理器、微波通道(上行信道)、发射驱动放大器、功分网络、TR组件(发射通道)、相控阵天线单元、天线耦合器、定标网络、定标开关以及微波通道(下行信道)等单机；接收内定标时，主要涉及到雷达控制和处理器、微波通道(上行信道)、定标开关、定标网络、天线耦合器、相控阵天线单元、TR组件(接收通道)、功分网络、接收驱动放大器以及微波通道(下行信道)等单机。

雷达发射内定标过程如下：

雷达关闭接收驱动放大器，并将定标开关切至微波通道的下行信道。雷达控制和处理器输出中频脉冲信号，经过微波通道、发射驱动放大器进行变频、滤波、放大处理后，经功分网络将定标信号输入至每个TR组件射频入口处。TR组件在雷达控制和处理器的控制下，打开待定标组件的发射使能，对定标信号进行功率放大后，输入至天线单元；定标信号中大部分能量会通过天线单元上的波导缝隙辐射至空间，少部分能量会传输至天线负载端的耦合器。耦合器耦合出部分能量送至定标网络进行合路处理，即可将各阵元支路输出汇总至一个端口送至定标开关入口处，定标开关将定标信号送至微波通道的下行信道，经放大、变频、滤波处理后送至雷达控制和处理器，雷达控制和处理器对该信号进行ADC采集、量化，通过遥感数据通道下传至地面。

雷达接收内定标过程如下：

雷达关闭发射驱动放大器，并将定标开关切至微波通道的上行信道。雷达控制和处理器输出中频脉冲信号，经过微波通道中的上行信道、定标开关、定标网络、天线末端耦合器，通过天线单元送至TR组件接收端口。TR组件在雷达控制和处理器的控制下，打开待定标组件的接收使能，对射频信号进行放大后，经功分网络、接收驱动放大器、微波通道中的下行信道后，输入至雷达控制和处理器，雷达控制和处理器对该信号进行ADC采集、量化，通过遥感数据通道下传至地面。

雷达内定标(包括发射内定标和接收内定标)时，控制和处理器将TR组件逐一打开，在每个TR组件工作时，遍历TR组件的所有相态(相位控制码)。地面处理时，对每个组件、每个相态输出的信号原始定标信号进行FFT处理，获得幅度与相位信息。通过分析比对某一支路不同控制码条件下信号的相位变化，实现对TR组件移相性能的评估与检测；将各支路的幅度、相位与以前测试数据进行比对，可知雷达系统参数的稳定与否，同时也可获得阵元支路间的幅相变化的大小，为天线性能评估与监测提供支撑数据。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)在相控阵天线单元的负载端配置耦合器和定标网络，利用雷达上下行链路，构成定标回路，a)用于对相控阵雷达各阵元支路(包括TR组件、天线单元等)幅度、相位及整机的标定，也可对某一支路各个相态的移相性能进行评估；b)并且该方法监测的不是TR组件自身，还包括天线单元的幅相影响，与系统实际工作状态更为接近，数据更为有效；c)同时，这种定标回路构建方式能够更合理利用相控阵天线的布局空间，定标网络选用占用空间较大但幅相稳定性好的金属波导形式，降低了定标网络自身各支路幅相波动对标定精度的影响。

(2)在系统设计中，射频链路采用微波通道+收发驱动放大器两级放大方式，定标时关闭接收或发射驱动放大器，提高了相控阵各支路的校准输入信号与输出信号间的隔离度，降低了泄漏信号对定标精度的影响；

(3)采用相参信号分时采集与处理的办法，利用雷达中固有的射频链路，进行幅度相位标定与测量，不需要增加额外的收发信道，系统组成更为简单。

附图说明

图1为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法流程图；

图2为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法步骤S2流程图；

图3为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法步骤S3流程图；

图4为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法星载相控阵气象雷达内定标框图；

图5为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法雷达发射内定标信号流图；

图6为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法雷达接收内定标信号流图；

图7为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法相控阵天线各单元间幅度；

图8为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法相控阵天线各单元间相位；

图9为一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法某一组件不同相态条件下相对移相值。

附图标记：

1、在轨定标系统；11、定标网络；12、天线耦合器；13、定标开关；131、第一节点；132、第二节点；133、第三节点；2、下行信道；3、雷达控制和处理器；4、上行信道；5、功分网络；6、TR组件；7、天线单元；8、接收驱动放大器；9、发射驱动放大器；A、卫星平台接口。

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所示，一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，包括以下步骤：

S1、相控阵气象雷达进行在轨定标，分为发射内定标和接收内定标，发射内定标时进入步骤S2，接收内定标时进入步骤S3；

S2、发射内定标：关闭接收驱动放大器8，并将设置在相控阵气象雷达内部的在轨定标系统1中的定标网络11与微波通道的下行信道2连通，雷达控制和处理器3输出中频脉冲信号，经过上行信道4进行变频、滤波后进行放大处理形成发射定标信号，经发射驱动放大器9、功分网络5将发射定标信号输入至TR组件6的射频入口处，TR组件6在雷达控制和处理器3的控制下打开待定标组件的发射使能，对发射定标信号进行功率放大后输入至天线单元7；发射定标信号的部分能量通过天线单元7上的波导缝隙辐射至空间、部分能量传输至在轨定标系统1中的天线耦合器12；天线耦合器12耦合出部分能量送至定标网络11进行合路处理，并通过定标开关13输送至下行信道2经放大、变频、滤波处理后送至雷达控制和处理器3，雷达控制和处理器3进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面；

S3、接收内定标：关闭发射驱动放大器9，并将定标网络11与微波通道的上行信道4连通，雷达控制和处理器3输出中频脉冲信号，经过上行信道4进行变频、滤波后进行放大处理形成接收定标信号，接收定标信号依次经定标开关13、定标网络11、天线耦合器12和天线单元7后输入至TR组件6的接收入口处，TR组件6在雷达控制和处理器的控制下打开待定标组件的接收使能对接收定标信号进行功率放大后送至接收驱动放大器8，接收驱动放大器8将接收定标信号放大后送至下行信道2经放大、变频、滤波处理后送至雷达控制和处理器3，雷达控制和处理器3进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面。

实施例2

如图1所示，一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，包括以下步骤：

S1、相控阵气象雷达进行在轨定标，发射内定标时进入步骤S2，接收内定标时进入步骤S3；

S2、发射内定标：将设置在相控阵气象雷达内部的在轨定标系统1中的定标网络11与微波通道的下行信道2连通，雷达控制和处理器3输出中频脉冲信号，经过上行信道4进行变频、滤波后进行放大处理形成发射定标信号，经发射驱动放大器9、功分网络5将发射定标信号输入至TR组件6的射频入口处，TR组件6在雷达控制和处理器3的控制下打开待定标组件的发射使能，对发射定标信号进行功率放大后输入至天线单元7；发射定标信号的部分能量通过天线单元7上的波导缝隙辐射至空间、部分能量传输至在轨定标系统1中的天线耦合器12；天线耦合器12耦合出部分能量送至定标网络11进行合路处理，并通过定标开关13输送至下行信道2经放大、变频、滤波处理后送至雷达控制和处理器3，雷达控制和处理器3进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面；

如图2所示，S21、发射内定标准备：雷达控制和处理器3关闭接收驱动放大器8，将定标开关13切至下行信道2使定标网络11与下行信道2连通；关闭所有TR组件6的接收使能，将TR组件6第i发射通道打开、其余发射通道关闭，并将相位控制码设置为第k个相位控制码，i、k初始均为1；

S22、生成中频脉冲信号：雷达控制和处理器3内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同的中频脉冲信号送至上行信道4；

S23、信号上行处理：上行信道4将中频脉冲信号变频、放大后送至发射驱动放大器9进一步将信号放大后形成发射定标信号发送至功分网络5，经功分网络5分路后送至TR组件6的射频输入口；

S24、信号调制：第i发射通道对发射定标信号进行功率放大并依据第k个相位控制码进行相位调制后发送至天线单元7；

S25、信号发射：发射定标信号进入天线单元7后，部分能量通过天线单元7上的缝隙辐射至空间、部分能量传输至天线负载端并通过天线耦合器12和定标网络11发送至内定标开关13的入口；

S26、发射定标信号处理：定标开关13将发射定标信号传输至下行通道2入口，经过下变频、滤波、放大处理后发送至雷达控制和处理器3；

S27、发射定标信号传输至地面：雷达控制和处理器3中的数字接收机将发射定标信号进行AD量化、存储、打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理；

k＝k+1，返回至步骤S21，直至完成第i发射通道所有相位控制码的遍历；

S28、第i发射通道测试完成：第i发射通道完成测试，第i发射通道完成发射标定，i＝i+1，返回步骤S21，直至完成所有发射通道的标定；

S29、支路标定完成：所有发射通道的标定完成，即所有阵元支路发射标定完成；

S2a、地面信号处理：地面接收发射定标信号进行比对处理；

步骤S2a中，地面接收发射定标信号后进行FFT处理，获得发射定标信号幅度和相位，通过对比同一发射通道不同相位码控制时发射定标信号的相位变化，判断移相性能是否满足要求；将本次获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，判断雷达发射参数是否稳定，同时也获得阵元支路间的幅相变化的大小，为发射天线性能评估与监测提供支撑数据；

S3、接收内定标：将定标网络11与微波通道的上行信道4连通，雷达控制和处理器3输出中频脉冲信号，经过上行信道4进行变频、滤波后进行放大处理形成接收定标信号，接收定标信号依次经定标开关13、定标网络11、天线耦合器12和天线单元7后输入至TR组件6的接收入口处，TR组件6在雷达控制和处理器的控制下打开待定标组件的接收使能对接收定标信号进行功率放大后送至接收驱动放大器8，接收驱动放大器8将接收定标信号放大后送至下行信道2经放大、变频、滤波处理后送至雷达控制和处理器3，雷达控制和处理器3进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面。

如图3所示，S31、接收内定标准备：雷达控制和处理器关闭发射驱动放大器，将定标开关切至上行信道使定标网络与上行信道连通；关闭所有TR组件的发射使能，将TR组件第i接收通道打开、其余接收通道关闭，并将相位控制码设置为第k个相位控制码，i、k初始均为1；

S32、生成中频脉冲信号：雷达控制和处理器内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同中频脉冲信号送至上行信道；

S33、信号上行处理：上行信道将中频脉冲信号变频、放大后形成接收定标信号通过定标开关发送至定标网络；

S34、信号接收：接收定标信号通过定标网络和天线耦合器分路与耦合后，被注入天线单元并发送至每个TR组件的接收入口；

S35、信号调制：TR组件中的第i接收通道对接收定标信号进行功率放大并依据第k个相位控制码进行相位调制后发送至功分网络，再经接收驱动放大器放大后发送至下行信道；

S36、接收定标信号处理：下行信道将接收定标信号进行变频、滤波、放大处理后发送至雷达控制和处理器；

S37、接收定标信号传输至地面：雷达控制和处理器中的数字接收机将接收定标信号进行AD量化、存储、打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理；

k＝k+1，返回至步骤S31，直至完成第i接收通道所有相位控制码的遍历；

S38、第i接收通道测试完成：第i接收通道完成测试，第i接收通道完成接收标定，i＝i+1，返回步骤S31，直至完成所有接收通道的标定；

S39、支路标定完成：所有发射通道的标定完成，即所有阵元支路接收标定完成；

S3a、地面信号处理：地面接收接收定标信号进行比对处理。

地面接收接收定标信号后进行FFT处理，获得接收定标信号幅度和相位，通过对比同一接收通道不同相位码控制时接收定标信号的相位变化，判断移相性能是否满足要求；将本次获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，判断雷达接收参数是否稳定，同时也获得阵元支路间的幅相变化的大小，为接收天线性能评估与监测提供支撑数据；

如图4所示，在轨定标系统1包括定标网络11和与定标网络11电连接的天线耦合器12、定标开关13，定标网络11和天线耦合器12均设置在天线负载端，天线耦合器12与相控阵天线单元7电连接，定标开关13与上行信道4和下行通道2均电连接；

定标网络11为金属波导；

天线耦合器12的数量为所有阵元支路的数量的1/8；

定标开关13包括与定标网络11电连接的第一节点131、与上行信道4电连接的第二节点132和与下行通道2电连接的第三节点133；

当第一节点131和第二节点132连通时定标网络11与上行信道4连通；当第一节点131和第三节点133连通时定标网络11与下行通道2连通；

下行信道2包括变频器和放大器，下行信道2依次与接收驱动放大器8和功分网络5电连接；

上行信道4包括变频器和放大器，上行信道4依次与发射驱动放大器9和功分网络5电连接；

相控阵气象雷达还包括与雷达控制和处理器3连接的卫星平台接口A，卫星平台接口A用于将包括发射定标信号的发射定标数据和包括接收定标信号的接收定标数据送至地面。

实施例3

如图1-3所示，一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，内定标系统的组成框图如图4所示。在相控阵天线的负载端设置16个天线耦合器12，每个天线耦合器12负责将8个天线单元7信号耦合-合路后，送给后面的定标网络11，定标网络11将16路天线耦合器12输出的信号合成后送给雷达微波通道中定标开关13入口。当发射内定标时，定标开关13切至微波通道中的下行信道2，经变频后送至雷达控制和处理器3接收口，经过ADC量化后通过遥感通道下穿至地面；当接收内定标时，定标开关13则将切至微波通道的上行信道4输出，微波通道输出接收定标信号经定标开关13、定标网络11、天线耦合器12、天线单元7输入给各个TR组件6，用于对接收通道的校准。

雷达发射内定标和接收内定标的流程、处理方法具体如下。

发射内定标

发射内定标时信号流图如图5所示，具体步骤如下：

1)雷达控制和处理器3关闭接收驱动放大器8，将微波通道内的定标开关13切至下行信道2(即将令定标开关第一节点131和第三节点133)；关闭所有TR组件的接收使能，将组件的发射使能按照顺序依次逐一打开(每次仅打开一个组件)，并按照要求设置相应的相位控制码；

2)雷达控制和处理器3内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同中频脉冲信号送至微波通道中的上行信道4。

3)上行信道4将信号变频、放大后送至发射驱动放大器9，发射驱动放大器9进一步将信号放大后送至功分网络5，经功分网络5分路后送至每个TR组件6的输入口。

4)待定标阵元支路的TR组件6(其他组件处于待机状态)对信号进行功率放大和相位调制(相位调制由雷达控制输出的相位控制码决定)后送至天线单元7。

5)信号进入天线单元7后，一部分能量通过天线单元上的缝隙辐射至空间，剩余能量将传输至天线负载端，并通过天线负载端的天线耦合器12及定标网络将11信号送至微波通道内定标开关13的入口。

6)微波通道内的定标开关13将定标链路切至下行信道2入口，经过下变频、滤波、放大处理后，送至雷达控制和处理器3；

7)雷达控制和处理器3中的数字接收机对该信号进行AD量化、存储，打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理。

8)完成上述过程后，雷达控制和处理器3将对该TR组件6下发另一组相位控制码，再次重复上述流程，直至完成该TR组件6所有相位控制码的遍历；

9)按照上述流程，完成一个TR组件6的测试后，切换至下一个TR组件，直至完成所有阵元支路的标定。

10)地面信号处理

地面接收到信号，对信号进行FFT处理，获得信号的幅度和相位。通过对比同一支路不同相位码控制时信号的相位变化，可判断该组件移相性能是否满足要求；将本次内定标获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，可知雷达发射参数是否稳定，同时也可获得阵元支路间的幅相变化的大小，为发射天线性能评估与监测提供支撑数据。

2、接收内定标

接收内定标时信号流图如图6所示，具体步骤如下：

1)雷达控制和处理器3关闭发射驱动放大器7，将微波通道内的定标开关13切至微波通道的上行信道4(即将令定标开关第一节点和第二节点132连通)；关闭所有TR组件6的发射使能，将TR组件6的接收使能按照顺序依次打开(每次仅打开一个组件)，其他组件处于待机状态；

2)雷达控制和处理器3内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同中频脉冲信号送至微波通道中的上行信道4。

3)上行信道4将信号变频、放大后，经过定标开关13送至定标网络11。

4)信号通过定标网络11和天线单元负载端的天线耦合器12进行分路与耦合后，被注入天线单元7，进入每个TR组件6的接收输入口。

5)待定标阵元支路的TR组件6(其他组件处于待机状态)对信号进行功率放大和相位调制(相位调制由雷达控制输出的相位控制码决定)，后经功分网络5、接收驱动放大器8送至下行信道2。

6)下行信道2对该定标信号进行变频、滤波、放大处理后送至雷达控制和处理器3。

7)雷达控制和处理器3中的数字接收机对该信号进行AD量化、存储，打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理。

8)完成上述过程后，雷达控制和处理器3将对该TR组件6送另一组接收相位控制码，再次重复上述流程，直至完成该组件所有相态的遍历；

9)按照上述流程，完成一个TR组件6所有相态测试后，切换至下一个TR组件6，直至将完成所有阵元支路的标定。

10)地面信号处理

地面接收到信号，对信号进行FFT处理，获得信号的幅度和相位。通过对比同一支路不同相位码控制时信号的相位变化，可判断该组件移相性能是否满足要求；将本次内定标获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，可知雷达接收参数是否稳定，同时也可获得阵元支路间的幅相变化的大小，为接收天线性能评估与监测提供分析数据。

当雷达在轨工作时，可周期性地令雷达开展内定标工作，实现对相控阵雷达各支路间幅度和相位进行监测，以判断雷达是否工作正常。如果监测到某一支路的幅度、相位发生较大的变化，可通过地面仿真分析来判断天线性能是否恶化，是否需要开展外定标。如果外定标结果表明雷达天线性能确实恶化，那么可根据内定标获得的相控阵天线各阵元支路的幅度、相位特性，进行优化仿真，通过修改TR组件的幅度(接收可修改，发射不能修改)和相位的控制码，实现对相控阵天线口面幅相误差的修订，以达到改善天线性能的目的。

本实施例在降水测量雷达项目中，实现了Ka和Ku频段有源相控阵雷达的各阵元支路幅度和相位的标定，如图7、图8、图9所示，图9是以0相态为基准；并且在雷达温度试验、稳定性测试时发挥了重要的作用。

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 (10)

1.一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、相控阵气象雷达进行在轨定标，分为发射内定标和接收内定标，发射内定标时进入步骤S2，接收内定标时进入步骤S3；

S2、发射内定标：关闭接收驱动放大器（8），并将设置在所述相控阵气象雷达内部的在轨定标系统（1）中的定标网络（11）与微波通道的下行信道（2）连通，雷达控制和处理器（3）输出中频脉冲信号，经过上行信道（4）进行变频、滤波后进行放大处理形成发射定标信号，经发射驱动放大器（9）、功分网络（5）将所述发射定标信号输入至TR组件（6）的射频入口处，所述TR组件（6）在所述雷达控制和处理器（3）的控制下打开待定标组件的发射使能，对所述发射定标信号进行功率放大后输入至天线单元（7）；所述发射定标信号的部分能量通过所述天线单元（7）上的波导缝隙辐射至空间、部分能量传输至所述在轨定标系统（1）中的天线耦合器（12）；所述天线耦合器（12）耦合出部分能量送至所述定标网络（11）进行合路处理，并通过定标开关（13）输送至所述下行信道（2）经放大、变频、滤波处理后送至所述雷达控制和处理器（3），所述雷达控制和处理器（3）进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面；

S3、接收内定标：关闭发射驱动放大器（9），并将所述定标网络（11）与微波通道的上行信道（4）连通，所述雷达控制和处理器（3）输出中频脉冲信号，经过所述上行信道（4）进行变频、滤波后进行放大处理形成接收定标信号，所述接收定标信号依次经所述定标开关（13）、所述定标网络（11）、所述天线耦合器（12）和所述天线单元（7）后输入至所述TR组件（6）的接收入口处，所述TR组件（6）在所述雷达控制和处理器（3）的控制下打开待定标组件的接收使能对所述接收定标信号进行功率放大后送至接收驱动放大器（8），所述接收驱动放大器（8）将所述接收定标信号放大后送至所述下行信道（2）经放大、变频、滤波处理后送至所述雷达控制和处理器（3），所述雷达控制和处理器（3）进行ADC采集、量化后通过遥感数据通道下传至地面。

2.根据权利要求1所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：步骤S2包括以下步骤：

S21、发射内定标准备：所述雷达控制和处理器（3）关闭接收驱动放大器（8），将定标开关（13）切至所述下行信道（2）使所述定标网络（11）与所述下行信道（2）连通；关闭所有所述TR组件（6）的接收使能，将所述TR组件（6）第i发射通道打开、其余发射通道关闭，并将相位控制码设置为第k个相位控制码，i、k初始均为1；

S22、生成中频脉冲信号：所述雷达控制和处理器（3）内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同的中频脉冲信号送至所述上行信道（4）；

S23、信号上行处理：所述上行信道（4）将所述中频脉冲信号变频、放大后送至发射驱动放大器（9）进一步将信号放大后形成所述发射定标信号发送至所述功分网络（5），经所述功分网络（5）分路后送至所述TR组件（6）的射频输入口；

S24、信号调制：所述第i发射通道对所述发射定标信号进行功率放大并依据第k个相位控制码进行相位调制后发送至所述天线单元（7）；

S25、信号发射：所述发射定标信号进入所述天线单元（7）后，部分能量通过所述天线单元（7）上的缝隙辐射至空间、部分能量传输至天线负载端并通过所述天线耦合器（12）和所述定标网络（11）发送至内所述定标开关（13）的入口；

S26、发射定标信号处理：所述定标开关（13）将所述发射定标信号传输至所述下行信道（2）入口，经过下变频、滤波、放大处理后发送至所述雷达控制和处理器（3）；

S27、发射定标信号传输至地面：所述雷达控制和处理器（3）中的数字接收机将所述发射定标信号进行AD量化、存储、打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理；

k=k+1，返回至步骤S21，直至完成所述第i发射通道所有所述相位控制码的遍历；

S28、第i发射通道测试完成：第i发射通道完成测试，第i发射通道完成发射标定，i=i+1，返回步骤S21，直至完成所有发射通道的标定；

S29、支路标定完成：所有发射通道的标定完成，即所有阵元支路发射标定完成；

S2a、地面信号处理：地面接收所述发射定标信号进行比对处理。

3.根据权利要求2所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：

步骤S2a中，地面接收所述发射定标信号后进行FFT处理，获得所述发射定标信号幅度和相位，通过对比同一发射通道不同相位码控制时所述发射定标信号的相位变化，判断移相性能是否满足要求；将本次获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，判断雷达发射参数是否稳定，同时也获得阵元支路间的幅相变化的大小，为发射天线性能评估与监测提供支撑数据。

4.根据权利要求1所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：步骤S3包括以下步骤：

S31、接收内定标准备：所述雷达控制和处理器（3）关闭发射驱动放大器（9），将定标开关（13）切至所述上行信道（4）使所述定标网络（11）与所述上行信道（4）连通；关闭所有所述TR组件（6）的发射使能，将所述TR组件（6）第i接收通道打开、其余接收通道关闭，并将相位控制码设置为第k个相位控制码，i、k初始均为1；

S32、生成中频脉冲信号：所述雷达控制和处理器（3）内部的任意波形发生器按照设置的脉冲重复频率生成初相相同中频脉冲信号送至所述上行信道（4）；

S33、信号上行处理：所述上行信道（4）将所述中频脉冲信号变频、放大后形成接收定标信号通过所述定标开关（13）发送至所述定标网络（11）；

S34、信号接收：所述接收定标信号通过所述定标网络（11）和所述天线耦合器（12）分路与耦合后，被注入所述天线单元（7）并发送至每个所述TR组件（6）的接收入口；

S35、信号调制：所述TR组件（6）中的所述第i接收通道对所述接收定标信号进行功率放大并依据所述第k个相位控制码进行相位调制后发送至所述功分网络（5），再经接收驱动放大器（8）放大后发送至所述下行信道（2）；

S36、接收定标信号处理：所述下行信道（2）将所述接收定标信号进行变频、滤波、放大处理后发送至所述雷达控制和处理器（3）；

S37、接收定标信号传输至地面：所述雷达控制和处理器（3）中的数字接收机将所述接收定标信号进行AD量化、存储、打包至遥感数据中，并通过卫星平台的下行链路送至地面，进行后续处理；

k=k+1，返回至步骤S31，直至完成所述第i接收通道所有所述相位控制码的遍历；

S38、第i接收通道测试完成：第i接收通道完成测试，第i接收通道完成接收标定，i=i+1，返回步骤S31，直至完成所有接收通道的标定；

S39、支路标定完成：所有发射通道的标定完成，即所有阵元支路接收标定完成；

S3a、地面信号处理：地面接收所述接收定标信号进行比对处理。

5.根据权利要求4所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：

步骤S3a中，地面接收所述接收定标信号后进行FFT处理，获得所述接收定标信号幅度和相位，通过对比同一接收通道不同相位码控制时所述接收定标信号的相位变化，判断移相性能是否满足要求；将本次获得的各支路幅相数据与以前的历史数据进行比对，判断雷达接收参数是否稳定，同时也获得阵元支路间的幅相变化的大小，为接收天线性能评估与监测提供支撑数据。

6.根据权利要求1所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：

所述在轨定标系统（1）包括定标网络（11）和与所述定标网络（11）电连接的天线耦合器（12）、定标开关（13），所述定标网络（11）和所述天线耦合器（12）均设置在天线负载端，所述天线耦合器（12）与所述相控阵天线单元（7）电连接，所述定标开关（13）与所述上行信道（4）和所述下行信道（2）均电连接。

7.根据权利要求6所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：所述定标网络（11）为金属波导；

所述天线耦合器（12）的数量为所有阵元支路的数量的1/8。

8.根据权利要求6所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：所述定标开关（13）包括与所述定标网络（11）电连接的第一节点（131）、与所述上行信道（4）电连接的第二节点（132）和与所述下行信道（2）电连接的第三节点（133）；

当所述第一节点（131）和所述第二节点（132）连通时所述定标网络（11）与所述上行信道（4）连通；当所述第一节点（131）和所述第三节点（133）连通时所述定标网络（11）与所述下行信道（2）连通。

9.根据权利要求1所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：所述下行信道（2）包括变频器和放大器，所述下行信道（2）依次与接收驱动放大器（8）和所述功分网络（5）电连接；

所述上行信道（4）包括变频器和放大器，所述上行信道（4）依次与发射驱动放大器（9）和所述功分网络（5）电连接。

10.根据权利要求1所述的一种星载相控阵气象雷达在轨内定标方法，其特征在于：所述相控阵气象雷达还包括与所述雷达控制和处理器（3）连接的卫星平台接口（A），所述卫星平台接口（A）用于将包括所述发射定标信号的发射定标数据和包括所述接收定标信号的接收定标数据送至地面。