CN115865231B - 一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，该方法包括将发射探头置于待测相控阵系统单元天线口前，保持发射探头正对第一个待测通道单元天线法向；将矢量网络分析仪连接发射探头和待测相控阵系统的合路输出端；打开待测接收通道，并将其余接收通道关断，采集该通道接收链路的幅度和相位数据；移动发射探头至下一个待测通道单元天线，依次采集其余通道接收链路的幅度和相位信息；对采集的所有通道幅度和相位信息进行处理，获得幅度校正值和延时校正值。本发明通过单独采集每个待测通道单元的幅度和相位信息，以此进行近场校正的宽带补偿，实现改善瞬时宽带接收相控阵系统通道间幅相一致性，以及改善方向图的低副瓣效果。
Description
技术领域
本发明涉及相控阵技术领域，尤其涉及到一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法。
背景技术
瞬时宽带相控阵系统区别于常规窄带相控阵系统，不同之处在于其工作瞬时带宽较宽。而常规的相控阵系统，瞬时带宽较窄，在通道校正时可分频段采用数控衰减器，移相器或者延时器单独进行校正，不同的工作带宽内载入相对应的校正表。
而瞬时宽带相控阵系统工作瞬时带宽较宽，相对带宽可大于50％。因此若按照窄带系统进行中心频点校正，其改善效果有限，并且有可能全频段效果叠加后出现恶化的情况。因此需要一种宽带的校正方法，用以提升系统宽带接收性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，旨在解决目前用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正效果不足影响系统宽带接收性能的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，所述方法包括以下步骤：
S1：将发射探头置于待测相控阵系统单元天线口前预设距离，保持发射探头正对第一个待测通道单元天线法向；
S2：将矢量网络分析仪的第一端连接发射探头，矢量网络分析仪的第二端连接待测相控阵系统的合路输出端；
S3：通过系统控制软件打开待测接收通道，并将其余接收通道关断，采集该通道接收链路的幅度和相位数据；
S4：移动发射探头至下一个待测通道单元天线，依次采集其余通道接收链路的幅度和相位信息；
S5：对采集的所有通道幅度和相位信息进行处理，获得幅度校正值和延时校正值。
可选的，所述步骤S1中，预设距离为3λ～10λ；其中，λ为所需测试的最低频率对应的波长。
可选的，所述步骤S1中，发射探头的扫描平面与待测相控阵天线阵面保持平行。
可选的，所述步骤S2中，矢量网络分析仪设置为传输系数测试模式，并将矢量网络分析仪的频率范围设置为系统工作频率。
可选的，所述频率范围的频率间隔满足如下表达式：
其中，Δf为频率间隔，Hz；θ为设备工作扫描的最大角度，deg；L为瞬时宽带列天线系统扫描维最大尺寸，m；C为光速3×108m/s。
可选的，所述步骤S5，具体包括：
S501：对同一频率下的幅度和相位分别进行处理，得到所有频点的全部通道归一化幅度和相位校正表；
S502：基于所有频点的全部通道归一化幅度和相位校正表，确定所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值；
S503：对所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值进行最小值归一化处理；
S504：对最小值归一化处理后的所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值进行量化处理，得到最终的幅度校正值和延时校正值。
可选的，所述所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值的表达式，具体为：
其中，Aw(k)为第k个通道的宽带幅度校正值；Tw(k)为第k个通道的宽带延时校正值；A(k)i为k通道在第i个频点的归一化幅度校正值，dB；为k通道在第i个频点的归一化相位校正值，dB；f0为工作中心频率，Hz；N为测试频率个数。
可选的，所述对所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值进行最小值归一化处理的表达式，具体为：
Aw(k)＝Aw(k)-min([Aw(1),Aw(2)......Aw(M)])
Tw(k)＝Tw(k)-min([Tw(1),Tw(2)......Tw(M)])
可选的，步骤S504中，按照系统数控衰减步进和延时步进进行量化处理。
本发明实施例提出的一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，该方法包括将发射探头置于待测相控阵系统单元天线口前预设距离，保持发射探头正对第一个待测通道单元天线法向；将矢量网络分析仪的第一端连接发射探头，矢量网络分析仪的第二端连接待测相控阵系统的合路输出端；通过系统控制软件打开待测接收通道，并将其余接收通道关断，采集该通道接收链路的幅度和相位数据；移动发射探头至下一个待测通道单元天线，依次采集其余通道接收链路的幅度和相位信息；对采集的所有通道幅度和相位信息进行处理，获得幅度校正值和延时校正值。本发明通过单独采集每个待测通道单元的幅度和相位信息，以此进行近场校正的宽带补偿，实现改善瞬时宽带接收相控阵系统通道间幅相一致性，以及改善方向图的低副瓣效果。
附图说明
图1为本发明中用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法的流程示意图。
图2为本发明中实现用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法的硬件环境示意图。
图3为本发明中系统幅度一致性实测原始数据的示意图。
图4为本发明中系统相位一致性实测原始数据的示意图。
图5为本发明中校正前后全通道幅度方差对比的示意图。
图6为本发明中校正前后全通道相位方差对比的示意图。
图7为本发明中实测校正前后fl方向图对比的示意图。
图8为本发明中实测校正前后f0方向图对比的示意图。
图9为本发明中实测校正前后fh方向图对比的示意图。
图10为本发明中实测校正前后宽带方向图对比-全频段方向图功率叠加的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，参照图1，图1为本发明用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法实施例的流程示意图。
本实施例中，所述用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法包括以下步骤：
S1：将发射探头置于待测相控阵系统单元天线口前预设距离，保持发射探头正对第一个待测通道单元天线法向；
S2：将矢量网络分析仪的第一端连接发射探头，矢量网络分析仪的第二端连接待测相控阵系统的合路输出端；
S3：通过系统控制软件打开待测接收通道，并将其余接收通道关断，采集该通道接收链路的幅度和相位数据；
S4：移动发射探头至下一个待测通道单元天线，依次采集其余通道接收链路的幅度和相位信息；
S5：对采集的所有通道幅度和相位信息进行处理，获得幅度校正值和延时校正值。
在本实施例中，如图2所示，典型的宽带接收有源相控阵系统由天线阵，接收分机以及波束控制分机组成，其中每个天线都与一个独立的接收通道相连，组件内带有延时器可以实现宽带波束扫描，数控衰减器可进行幅度加权和幅度校正，并且单个接收通道开关独立可控。
本发明采用的校正步骤如下：
(a)按照图2搭建测试环境，将发射探头置于相控阵系统单元天线口面前一定距离，一般为3λ～10λ(λ为所需测试的最低频率对应的波长)，探头扫描架平面与相控阵系统天线阵面保持平行，发射探头正对第一个待测通道单元天线法向。
(b)设置矢量网络分析仪为S21传输系数测试模式，1端口连接近场发射探头，2端口连接待测相控阵系统合路输出端，将矢量网络分析仪频率范围设置为系统工作频率，根据宽带体制特性，频率间隔需要满足式(1)：
式中：
Δf──频率间隔，Hz；
θ──设备工作扫描的最大角度，deg；
L──瞬时宽带列天线系统扫描维最大尺寸，m；
C──光速3×108m/s。
(c)通过系统控制软件打开该待测接收通道，并将其余接收通道全部关断，采集该通道接收链路的幅度和相位数据。
(d)完成后移动发射探头至下一个待测通道单元天线口面，相对位置保持一致，同理依次采集其余通道接收链路的幅度和相位信息。
对采集的所有通道幅度和相位信息进行处理，流程如下：
(e)对同一频率下的幅度和相位分别进行处理，得到所有频点的全部通道归一化幅度和相位校正表。
(f)第k个通道的宽带幅度校正值由下式得到
第k个通道的宽带延时校正值由下式得到
式中：
A(k)i──表示k通道在第i个频点的归一化幅度校正值，dB；
──表示k通道在第i个频点的归一化相位校正值，dB；
f0──表示工作中心频率，Hz；
N──为测试频率个数。
(g)对处理得到的所有通道宽带幅度和延时校正系数再次进行最小值归一化，即第k通道的宽带校正值为：
Aw(k)＝Aw(k)-min([Aw(1),Aw(2)......Aw(M)])
Tw(k)＝Tw(k)-min([Tw(1),Tw(2)......Tw(M)]) (4)
(h)最后再将上面得到校正数据按照系统数控衰减步进和延时步进进行量化处理，得到最终的幅度和延时校正表。
如图3-图4所示，某产品按照图2测试系统实测的原始通道幅相一致性结果，可以看到在校正前，整体一致性较差。
如图5-图6所示，校正前后全通道在不同频点幅度和相位方差对比情况，从全频段来看校正后均有大幅度的改善。
如图7-图10所示，实测的方位面方向图和俯仰面方向图数据，无论是从点频方向图还是宽带积分方向图来看，副瓣改善效果明显。
在本实施例中，提供一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，通过单独采集每个待测通道单元的幅度和相位信息，以此进行近场校正的宽带补偿，实现改善瞬时宽带接收相控阵系统通道间幅相一致性，以及改善方向图的低副瓣效果。
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将发射探头置于待测相控阵系统单元天线口前预设距离，保持发射探头正对第一个待测通道单元天线法向；
S2：将矢量网络分析仪的第一端连接发射探头，矢量网络分析仪的第二端连接待测相控阵系统的合路输出端；
S3：通过系统控制软件打开待测接收通道，并将其余接收通道关断，采集待测接收通道接收链路的幅度和相位数据；
S4：移动发射探头至下一个待测通道单元天线，依次采集其余通道接收链路的幅度和相位信息；
S5：对采集的所有通道幅度和相位信息进行处理，获得幅度校正值和延时校正值；
所述步骤S5，具体包括：
S501：对同一频率下的幅度和相位分别进行处理，得到所有频点的全部通道归一化幅度和相位校正表；
S502：基于所有频点的全部通道归一化幅度和相位校正表，确定所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值，所述所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值的表达式，具体为：
其中，Aw(k)为第k个通道的宽带幅度校正值；Tw(k)为第k个通道的宽带延时校正值；A(k)i为k通道在第i个频点的归一化幅度校正值，dB；为k通道在第i个频点的归一化相位校正值，dB；f0为工作中心频率，Hz；N为测试频率个数；
S503：对所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值进行最小值归一化处理；
S504：对最小值归一化处理后的所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值进行量化处理，得到最终的幅度校正值和延时校正值。
2.如权利要求1所述的用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，其特征在于，所述步骤S1中，预设距离为3λ～10λ；其中，λ为所需测试的最低频率对应的波长。
3.如权利要求1所述的用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，其特征在于，所述步骤S1中，发射探头的扫描平面与待测相控阵天线阵面保持平行。
4.如权利要求1所述的用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，其特征在于，所述步骤S2中，矢量网络分析仪设置为传输系数测试模式，并将矢量网络分析仪的频率范围设置为系统工作频率。
5.如权利要求4所述的用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，其特征在于，所述频率范围的频率间隔满足如下表达式：
其中，Δf为频率间隔，Hz；θ为设备工作扫描的最大角度，deg；L为瞬时宽带列天线系统扫描维最大尺寸，m；C为光速3×108m/s。
6.如权利要求1所述的用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，其特征在于，所述对所有通道的宽带幅度校正值和宽带延时校正值进行最小值归一化处理的表达式，具体为：
7.如权利要求1所述的用于瞬时宽带接收相控阵系统的通道校正方法，其特征在于，步骤S504中，按照系统数控衰减步进和延时步进进行量化处理。
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