CN115882979A - 一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,涉及相控阵天线标定领域,包括:首先对相控阵天线阵面进行子阵划分,每个天线子阵对应一个收发信道;然后通过切换两个待标定的天线子阵与校准信道的工作状态,分别使两个天线子阵之间以及两个天线子阵与校准信道之间形成闭环,并进行时延测量;再根据时延测量结果,计算两个天线子阵收发通道时延;再实时比较两个天线子阵工作前后的收发通道时延,标定出收发通道时延变化量;最后根据收发通道时延变化量进行补偿,实现相控阵天线两个待标定子阵收发通道时延校准;本发明,可通过实时测量完成通道时延在线校准与补偿,降低相控阵天线受工作环境变化、射频前端器件老化的影响,有利于持续实现系统高精度测量。
Description
技术领域
本发明涉及相控阵天线标定领域,具体涉及一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息,并且可能不构成现有技术。
在通信测量领域广泛使用相控阵天线,而受相控阵天线射频前端器件老化、工作环境等因素影响,相控阵天线收发通道的时延稳定度将会发生变化,从而影响系统通信测量精度。
目前,相控阵天线收发时延实时自标定较为常见的方法包括:一种是基于多个相控阵天线之间互相通信,数据处理得到多个相控阵天线两两间的通信时延值;根据软件进行三模数据判别,对时延值异常的设备进行补偿;另外一种是通过单个相控阵天线与基站(标定设备)通信,与标定时延值进行对比,判断是否出现异常,并通过软件校准异常时延值。
常规时延标定方法的缺点是都需要相控阵天线以外的其他辅助设备,不适用于单个相控阵天线收发通道时延标定。
发明内容
本发明的目的在于:针对目前常规时延标定方法都需要相控阵天线以外的其他辅助设备,不适用于单个相控阵天线收发通道时延标定的问题,提供了一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,通过后端信号处理将自标定的时延数据进行补偿,可以显著提升系统时延稳定性,提高测量精度,从而解决上述问题。
本发明的技术方案如下:
一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,主要包括“接收通道时延+发射通道时延”和“接收通道时延—发射通道时延”两个测量方案,其中“接收通道时延”是指待实时自标定的相控阵接收通道时延,“发射通道时延”是指待实时自标定的相控阵发射通道时延;具体步骤如下:
步骤S1:对相控阵天线阵面进行子阵划分,每个天线子阵对应一个收发信道;
步骤S2:通过切换两个待标定的天线子阵与校准信道的工作状态,分别使两个天线子阵之间以及两个天线子阵与校准信道之间形成闭环,并进行时延测量;优选地,所述时延测量通过信号处理机进行;
步骤S3:根据时延测量结果,计算两个天线子阵收发通道时延;
步骤S4:实时比较两个天线子阵工作前后的收发通道时延,标定出收发通道时延变化量;
步骤S5:根据收发通道时延变化量进行补偿,实现两个待标定的天线子阵收发通道时延校准;即后端信号处理通过比较工作前后的收发通道时延,标定出收发通道时延变化量,后端信号处理将标定时延数据进行补偿后,实现相控阵天线收发通道时延校准。
进一步地,所述步骤S1,包括:
将相控阵天线阵面划分成多个天线子阵,并使每个天线子阵对应一个收发信道;即使各个天线子阵均对应一个单独收发信道,其中收发信道包括:T/R组件阵、功合网络、信道;
确定一个固定位置的校准天线,使校准天线与两个待标定的天线子阵之间的距离一致。
进一步地,所述步骤S2,包括:
步骤S21:使两个天线子阵之间形成接收通道与发射通道闭环,测量得到收发通道时延总和T1;即使两个天线子阵分别上电,其中一个天线子阵发射,另一个天线子阵接收,信道的两个收发通道分别连接天线不同阵面的馈线接口,形成接收通道与发射通道的闭环;而所测得的时延总和T1即为“接收通道时延+发射通道时延”,表示如下:
T1=Tt+TΔ1+Tr(式1)
式中:
Tt为发射通道时延;
Tr为接收通道时延;
TΔ1为两个天线子阵之间由于空间距离造成的空间延时;
由于天线子阵相邻距离较近,对于相控阵天线收发通道时延变化来讲可以忽略,因此TΔ1=0,即:
T1=Tt+Tr(式2)
步骤S22:使两个天线子阵分别处于待机状态和发射状态,使处于发射状态的天线子阵与校准接收通道形成闭环,测量得到校准时延T21;其中,校准时延T21表示如下:
T21=Tt+TΔ2+TJZR(式3)
式中:
Tt为发射通道时延;
TΔ2为处于发射状态的天线子阵与校准通道天线之间由于空间距离造成的空间延时;
TJZR为校准接收通道时延;
步骤S23:将两个天线子阵的工作状态进行轮换,使处于接收状态的天线子阵与校准发射通道形成闭环,测量得到校准时延T22;优选地,所述步骤S23中将两个天线子阵的工作状态进行轮换,包括:
将处于待机状态的天线子阵切换至接收状态,将处于发射状态的天线子阵切换至待机状态;
其中,校准时延T22表示如下:
T22=Tr+TΔ3+TJZT(式4)
式中:
Tr为接收通道时延;
TΔ3为处于接收状态的天线子阵与校准通道天线之间由于空间距离造成的空间延时;
TJZT为校准发射通道时延。
在本实施例中,具体的,所述步骤S3,包括:
根据收发通道时延总和T1、校准时延T21和校准时延T22计算得到发射通道时延Tt与接收通道时延Tr;
即:由于校准通道的收发时延相同,且两个天线子阵与校准天线之间的距离一致,则TΔ2=TΔ3,TJZR=TJZT;
因此,将(式4)与(式3)相减,即可得到接收通道时延-发射通道时延:
T22-T21=Tr-Tt(式5)
进一步地,综合(式2)和(式5),所述发射通道时延Tt通过如下公式计算:
Tt=(T1+T21-T22)2(式6)
所述接收通道时延Tr通过如下公式计算:
Tr=(T1+T22-T21)2(式7)
与现有的技术相比本发明的有益效果是:
一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,包括:步骤S1:对相控阵天线阵面进行子阵划分,每个天线子阵对应一个收发信道;步骤S2:通过切换两个待标定的天线子阵与校准信道的工作状态,分别使两个天线子阵之间以及两个天线子阵与校准信道之间形成闭环,并进行时延测量;步骤S3:根据时延测量结果,计算两个天线子阵收发通道时延;步骤S4:实时比较两个天线子阵工作前后的收发通道时延,标定出收发通道时延变化量;步骤S5:根据收发通道时延变化量进行补偿,实现两个待标定的天线子阵收发通道时延校准;其可通过实时测量完成通道时延在线校准与补偿,降低相控阵天线受工作环境变化、射频前端器件老化的影响,有利于持续实现系统高精度测量。
附图说明
图1为一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法的流程图;
图2为天线子阵与信道划分示意图;
图3为“接收通道时延+发射通道时延”测量时信号流程图;
图4为“接收通道时延—发射通道时延”测量时信号流程图。
具体实施方式
需要说明的是,术语“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。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
目前,相控阵天线收发时延实时自标定较为常见的方法包括:一种是基于多个相控阵天线之间互相通信,数据处理得到多个相控阵天线两两间的通信时延值;根据软件进行三模数据判别,对时延值异常的设备进行补偿;另外一种是通过单个相控阵天线与基站(标定设备)通信,与标定时延值进行对比,判断是否出现异常,并通过软件校准异常时延值。
常规时延标定方法的缺点是都需要相控阵天线以外的其他辅助设备,不适用于单个相控阵天线收发通道时延标定。
本实施例针对于上述问题,提出了一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,可通过实时测量完成通道时延在线校准与补偿,降低相控阵天线受工作环境变化、射频前端器件老化的影响,有利于持续实现系统高精度测量。
一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,主要包括“接收通道时延+发射通道时延”和“接收通道时延—发射通道时延”两个测量方案,其中“接收通道时延”是指待实时自标定的相控阵接收通道时延,“发射通道时延”是指待实时自标定的相控阵发射通道时延;请参阅图1,具体步骤如下:
步骤S1:对相控阵天线阵面进行子阵划分,每个天线子阵对应一个收发信道;
步骤S2:通过切换两个待标定的天线子阵与校准信道的工作状态,分别使两个天线子阵之间以及两个天线子阵与校准信道之间形成闭环,并进行时延测量;优选地,所述时延测量通过信号处理机进行;
步骤S3:根据时延测量结果,计算两个天线子阵收发通道时延;
步骤S4:实时比较两个天线子阵工作前后的收发通道时延,标定出收发通道时延变化量;
步骤S5:根据收发通道时延变化量进行补偿,实现两个待标定的天线子阵收发通道时延校准;即后端信号处理通过比较工作前后的收发通道时延,标定出收发通道时延变化量,后端信号处理将标定时延数据进行补偿后,实现相控阵天线收发通道时延校准。
在本实施例中,具体的,如图2所示,所述步骤S1,包括:
将相控阵天线阵面划分成多个天线子阵,并使每个天线子阵对应一个收发信道;即使各个天线子阵均对应一个单独收发信道,其中收发信道包括:T/R组件阵、功合网络、信道;
确定一个固定位置的校准天线,使校准天线与两个待标定的天线子阵之间的距离一致。
在本实施例中,具体的,图3和图4,所述步骤S2,包括:
步骤S21:使两个天线子阵之间形成接收通道与发射通道闭环,测量得到收发通道时延总和T1;即使两个天线子阵分别上电,其中一个天线子阵发射,另一个天线子阵接收,信道的两个收发通道分别连接天线不同阵面的馈线接口,形成接收通道与发射通道的闭环;如图3所示,天线子阵A发射,天线子阵B接收、校准信道待机;
而所测得的时延总和T1即为“接收通道时延+发射通道时延”,表示如下:
T1=Tt+TΔ1+Tr(式1)
式中:
Tt为发射通道时延;
Tr为接收通道时延;
TΔ1为两个天线子阵之间由于空间距离造成的空间延时;
由于天线子阵相邻距离较近,对于相控阵天线收发通道时延变化来讲可以忽略,因此TΔ1=0,即:
T1=Tt+Tr(式2)
步骤S22:使两个天线子阵分别处于待机状态和发射状态,使处于发射状态的天线子阵与校准接收通道形成闭环,测量得到校准时延T21;即如图4所示,天线子阵A发射,天线子阵B待机、校准信道接收;
其中,校准时延T21表示如下:
T21=Tt+TΔ2+TJZR(式3)
式中:
Tt为发射通道时延;
TΔ2为处于发射状态的天线子阵与校准通道天线之间由于空间距离造成的空间延时;
TJZR为校准接收通道时延;
步骤S23:将两个天线子阵的工作状态进行轮换,使处于接收状态的天线子阵与校准发射通道形成闭环,测量得到校准时延T22;优选地,所述步骤S23中将两个天线子阵的工作状态进行轮换,包括:
将处于待机状态的天线子阵切换至接收状态,将处于发射状态的天线子阵切换至待机状态;即如图4所示,天线子阵待机,天线子阵B接收、校准信道发射;
其中,校准时延T22表示如下:
T22=Tr+TΔ3+TJZT(式4)
式中:
Tr为接收通道时延;
TΔ3为处于接收状态的天线子阵与校准通道天线之间由于空间距离造成的空间延时;
TJZT为校准发射通道时延。
在本实施例中,具体的,所述步骤S3,包括:
根据收发通道时延总和T1、校准时延T21和校准时延T22计算得到发射通道时延Tt与接收通道时延Tr;
即:由于校准通道的收发时延相同,且两个天线子阵与校准天线之间的距离一致,则TΔ2=TΔ3,TJZR=TJZT;
因此,将(式4)与(式3)相减,即可得到接收通道时延-发射通道时延:
T22-T21=Tr-Tt(式5)
在本实施例中,具体的,综合(式2)和(式5),所述发射通道时延Tt通过如下公式计算:
Tt=(T1+T21-T22)2(式6)
所述接收通道时延Tr通过如下公式计算:
Tr=(T1+T22-T21)2(式7)
实施例二
实施例二是实施例一提出的一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法的具体应用过程,即基于一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法完成某通信领域相控阵天线时延通道自标定。
“接收通道时延+发射通道时延”模式下,通过一次测量可以得到时延值T1;“接收通道时延-发射通道时延”模式下,第一次校准时延值T21,第二次校准时延值T22。
相控阵天线初始工作状态通道时延标定值如下:
表1初始工作状态通道时延标定值
标定项目 | T<sub>1</sub> | T<sub>21</sub> | T<sub>22</sub> |
标定时延量(ns) | 251 | 284 | 273 |
依据(式6)、(式7)计算,初始工作状态发射通道时延Tt=131ns,接收通道时延Tr=120ns。
相控阵天线工作一定时间后通道时延标定值如下:
表2工作一定时间后通道时延标定值
标定项目 | T<sub>1</sub> | T<sub>21</sub> | T<sub>22</sub> |
标定时延量(ns) | 252 | 286 | 275 |
依据式(式6)、(式7)计算,一定工作时间后发射通道时延Tt=131.5ns,接收通道时延Tr=120.5ns。
综上计算,工作一定时间后相控阵天线发射通道时延变化0.5ns,接收通道时延变化0.5ns。
将通道时延变化量进行补偿后,即可降低相控阵发射、接收通道时延波动影响,提高系统通信测量精度。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请技术方案构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。
提供本背景技术部分是为了大体上呈现本发明的上下文,当前所署名的发明人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面,既非明示地也非暗示地被承认是本发明的现有技术。
Claims (7)
1.一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,其特征在于,包括:
步骤S1:对相控阵天线阵面进行子阵划分,每个天线子阵对应一个收发信道;
步骤S2:通过切换两个待标定的天线子阵与校准信道的工作状态,分别使两个天线子阵之间以及两个天线子阵与校准信道之间形成闭环,并进行时延测量;
步骤S3:根据时延测量结果,计算两个天线子阵收发通道时延;
步骤S4:实时比较两个天线子阵工作前后的收发通道时延,标定出收发通道时延变化量;
步骤S5:根据收发通道时延变化量进行补偿,实现两个待标定的天线子阵收发通道时延校准。
2.根据权利要求1所述的一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,其特征在于,所述步骤S1,包括:
将相控阵天线阵面划分成多个天线子阵,并使每个天线子阵对应一个收发信道;
确定一个固定位置的校准天线,使校准天线与两个待标定的天线子阵之间的距离一致。
3.根据权利要求2所述的一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,其特征在于,所述步骤S2,包括:
步骤S21:使两个天线子阵之间形成接收通道与发射通道闭环,测量得到收发通道时延总和T1;
步骤S22:使两个天线子阵分别处于待机状态和发射状态,使处于发射状态的天线子阵与校准接收通道形成闭环,测量得到校准时延T21;
步骤S23:将两个天线子阵的工作状态进行轮换,使处于接收状态的天线子阵与校准发射通道形成闭环,测量得到校准时延T22。
4.根据权利要求3所述的一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,其特征在于,所述步骤S23中将两个天线子阵的工作状态进行轮换,包括:
将处于待机状态的天线子阵切换至接收状态,将处于发射状态的天线子阵切换至待机状态。
5.根据权利要求3所述的一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,其特征在于,所述步骤S3,包括:
根据收发通道时延总和T1、校准时延T21和校准时延T22计算得到发射通道时延Tt与接收通道时延Tr。
6.根据权利要求5所述的一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,其特征在于,所述发射通道时延Tt通过如下公式计算:
Tt=(T1+T21-T22)2。
7.根据权利要求5所述的一种多信道相控阵天线收发时延实时自标定方法,其特征在于,所述接收通道时延Tr通过如下公式计算:
Tr=(T1+T22-T21)2。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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