CN116032386A - 非平面相控阵接收通道校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了非平面相控阵接收通道校正方法及系统，该方法包括：根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出若干天线分区，所述天线分区包括若干阵元通道；依次向所有天线分区发射校正信号；对应天线分区接收校正信号后对所述天线分区内的阵元通道进行校正得到所述天线分区内的通道幅度和相位信息；完成所有天线分区的校正后，以其中任一天线分区的任一阵元通道作为参考阵元通道，得到相对于参考阵元通道的所有其他通道的幅度和相位信息，完成相控阵的通道校正。本发明能够在简单快捷地完成对非平面相控阵天线的通道校正。

Description

非平面相控阵接收通道校正方法及系统

技术领域

本发明属于天线通道校正技术领域，尤其涉及非平面相控阵接收通道校正方法及系统。

背景技术

随着数字信号处理技术和DSP、FPGA等大规模高速处理器件的发展，相控阵天线，尤其是曲面相控阵和多面拼接相控阵天线在卫星测控、通信和雷达等领域的应用越来越广泛。

对于非平面相控阵天线的通道校正，一般需要在试验场设置多个标校天线，标校天线的布设既要满足相控阵的远场距离要求，还要覆盖不同的方向，而且由于单一标校天线不能同时覆盖非平面相控阵天线的所有阵元，这些都给通道校正工作带来了极大困难。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了非平面相控阵接收通道校正方法及系统,无需架设多个标校天线即可完成非平面相控阵接收通道的校正。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述方法包括：

根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出若干天线分区，所述天线分区包括若干阵元通道；

依次向所有天线分区发射校正信号；

对应天线分区接收校正信号后对所述天线分区内的阵元通道进行校正得到所述天线分区内的通道幅度和相位信息；

完成所有天线分区的校正后，以其中任一天线分区的任一阵元通道作为参考阵元通道，得到相对于参考阵元通道的所有其他通道的幅度和相位信息，完成相控阵的通道校正。

进一步的，所述方法通过无人机实现；

所述根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出若干天线分区具体包括：

根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出无人机的悬停点位，每个悬停点位覆盖一个天线分区。

进一步的，所述依次向所有天线分区发射校正信号具体包括：

无人机飞至悬停点位；

机载信标向相控阵发射校正信号，在每个点位上所述机载信标覆盖对应天线分区上的全部天线阵元，使得该天线分区上的全部天线阵元都可以正常接收信标天线发射的校正信号。

进一步的，所述方法将整个相控阵天线划分为N个分区，每个分区包含M个天线阵元，把天线分区中心的阵元标记为参考阵元，参考阵元对应的通道标记为参考阵元通道。

进一步的，所述对应天线分区接收校正信号后对所述天线分区内的阵元通道进行校正得到所述天线分区内的通道幅度和相位信息具体包括：

获取所述机载信标天线的空间位置，结合相控阵的位置和阵列流形，计算得到分区内待校正阵元与信标天线之间的距离，在进行通道校正时扣除空间距离不同带来的通道相位偏差；

对分区内所有阵元接收到的校正信号进行分析比较，以参考阵元为基准，计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息，得到该分区内M-1个阵元通道的幅度和相位信息。

进一步的，所述无人机逐次飞行到下一个悬停点位，进行分区内通道校正，得到其他分区内阵元通道的幅度相位信息。

进一步的，所述完成所有天线分区的校正后，以其中任一天线分区的任一阵元通道作为参考阵元通道，得到相对于参考阵元通道的所有其他通道的幅度和相位信息，完成相控阵的通道校正具体包括：

计算得到两个相邻分区的参考阵元通道与信标天线之间的距离，在校正时扣除两个参考阵元与信标天线之间距离差导致的通道相位偏差；

逐一对两个相邻分区的参考阵元通道进行校正，分别得到所有前一参考阵元通道相对于后一参考阵元通道幅度相位信息，通过不同分区参考阵元通道幅度相位信息的两两传递，最终完成N-1个分区参考阵元通道相对于第一个分区的参考阵元通道的幅度相位信息；

结合各个天线分区内M-1个通道相对于本分区参考阵元通道的幅度相位信息得到相控阵全部阵元通道相对于第一个分区参考通道的幅度相位信息，完成对相控阵的通道校正工作。

进一步的，所述结合各个天线分区内M-1个通道相对于本分区参考阵元通道的幅度相位信息得到相控阵全部阵元通道相对于第一个分区参考通道的幅度相位信息具体包括：

以参考通道的校正信号为基准，将其他各路通道校正信号对参考通道的校正信号做复数除法运算，得到各路通道校正信号相对于参考通道的校正信号的幅度和相位信息。

进一步的，所述机载信标天线的空间位置通过所述无人机的机载差分GPS获得。

另一方面，本发明还提供了一种非平面相控阵接收通道校正系统，所述系统包括：

无人机，所述无人机携带机载信标；

无人机点位规划模块，所述无人机点位规划模块用于根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出无人机的悬停点位；

幅度相位计算模块，所述幅度相位计算模块用于计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息；

分区内校正模块，所述分区内校正模块对分区内所有阵元接收到的校正信号进行分析比较，以该分区的参考阵元为基准，利用幅度相位计算模块计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息；

分区间校正模块，所述分区间校正模块用于对两个相邻分区的参考阵元通道进行校正，得到相邻区的参考阵元通道的相对幅度相位信息。

本发明的有益效果在于：

本发明通过规划适合待测相控阵天线的分区，逐分区进行通道校正，然后通过各分区参考通道的两两传递，得到相控阵全部通道的幅度和相位信息，不需要架设多个标校天线，适合各种试验场地，使用方便，可以广泛应用于各种相控阵天线系统。

附图说明

图1是本发明实施例提供的非平面相控阵接收通道校正方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的非平面相控阵接收通道校正系统结构框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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。

对于非平面相控阵天线的通道校正，一般需要在试验场设置多个标校天线，标校天线的布设既要满足相控阵的远场距离要求，还要覆盖不同的方向，而且由于单一标校天线不能同时覆盖非平面相控阵天线的所有阵元，这些都给通道校正工作带来了极大困难。

为了解决上述技术问题，提出了本发明非平面相控阵接收通道校正方法及系统的下述各个实施例。

实施例1

参照图1，如图1所示是本实施例提供的非平面相控阵接收通道校正方法流程示意图，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出若干天线分区，天线分区包括若干阵元通道。

具体地，本实施例将根据非平面相控阵天线的规模和阵列形状将相控阵天线划分为N各分区，记为分区n(n＝1,2…N)，每个分区包含M个天线阵元。

步骤2：依次向所有天线分区发射校正信号。

作为一种实施方式，本实施例才用无人机机载信标天线发射校正信号，在各个分区内确定无人机的悬停点位，使得无人机搭载的信标天线可以覆盖相控阵天线的全部分区。

无人机飞至悬停点位后，机载信标向相控阵发射校正信号，在每个点位上机载信标覆盖对应天线分区上的全部天线阵元，使得该天线分区上的全部天线阵元都可以正常接收信标天线发射的校正信号。

步骤3：对应天线分区接收校正信号后对天线分区内的阵元通道进行校正得到天线分区内的通道幅度和相位信息。

具体地，本实施例中无人机载信标天线发射通道校正信号，分内区的阵元天线接收校正信号，并与参考信号进行比较获得各个阵元通道的幅度、相位数据。

在进行分区内校正时，根据机载差分GPS给出的机载信标天线的空间位置，结合相控阵的位置和阵列流形，计算得到分区内待校正阵元与信标天线之间的距离，在进行通道校正时扣除空间距离不同带来的通道相位偏差。校正模块对分区内所有阵元接收到的校正信号进行分析比较，以该分区的参考阵元为基准，利用幅度相位计算模块计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息，得到该分区内M-1个阵元通道的幅度和相位信息。把无人机逐次飞行到下一个悬停点位，进行分区内通道校正，得到其他分区内通道的幅度相位信息。

步骤4：完成所有天线分区的校正后，以其中任一天线分区的任一阵元通道作为参考阵元通道，得到相对于参考阵元通道的所有其他通道的幅度和相位信息，完成相控阵的通道校正。

作为一种实施方式，本实施例将整个相控阵天线划分为N个分区，每个分区包含M个天线阵元，把天线分区中心的阵元标记为参考阵元，参考阵元对应的通道标记为参考阵元通道。

依次对天线分区进行校正，然后再进行分区间的校正数据传递，就可以得到全部阵元通道的幅度、相位特征数据，从而完成对相控阵天线的通道校正工作。

本实施例利用机载差分GPS计算得到两个相邻分区的参考通道与信标天线之间的距离，在校正时扣除两个参考阵元与信标天线之间距离差导致的通道相位偏差。分区间校正模块仅对两个相邻分区的参考阵元通道进行校正，分别得到参考通道2相对于参考通道1、参考通道3相对于参考通道2,…,参考通道N相对于参考通道N-1的幅度相位信息，通过不同分区参考通道幅度相位信息的两两传递，最终完成N-1个分区参考通道相对于第一个分区参考通道的幅度相位信息，再结合各个天线分区内M-1个通道相对于本分区参考通道的幅度相位信息，即可得到相控阵全部阵元通道相对于第一个分区参考通道的幅度相位信息，完成对相控阵的通道校正工作。

需要说明的是，本实施例是以参考通道的校正信号为基准，将其他各路通道校正信号对参考通道的校正信号做复数除法运算，得到各路通道校正信号相对于参考通道的校正信号的幅度和相位信息。

本实施例提供的非平面相控阵接收通道校正方法通过规划适合待测相控阵天线的分区，逐分区进行通道校正，然后通过各分区参考通道的两两传递，得到相控阵全部通道的幅度和相位信息，不需要架设多个标校天线，适合各种试验场地，使用方便，可以广泛应用于各种相控阵天线系统。

实施例2

参照图2，如图2所示是本实施例提供的非平面相控阵接收通道校正系统结构框图，该系统包括：

无人机，无人机携带机载信标；

无人机点位规划模块，无人机点位规划模块用于根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出无人机的悬停点位；

幅度相位计算模块，幅度相位计算模块用于计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息；

分区内校正模块，分区内校正模块对分区内所有阵元接收到的校正信号进行分析比较，以该分区的参考阵元为基准，利用幅度相位计算模块计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息；

分区间校正模块，分区间校正模块用于对两个相邻分区的参考阵元通道进行校正，得到相邻区的参考阵元通道的相对幅度相位信息。

作为一种实施方式，本实施例中无人机点位规划模块、分区内校正模块、分区间校正模块和幅度相位计算模块，均可以通过FPGA实现。需要说明的是，本实施例中提出的通过FPGA实现上述模块仅为一种优选实施方式。

本实施例提供的非平面相控阵接收通道校正系统能够规划适合待测相控阵天线的分区，逐分区进行通道校正，然后通过各分区参考通道的两两传递，得到相控阵全部通道的幅度和相位信息，不需要架设多个标校天线，适合各种试验场地，使用方便，可以广泛应用于各种相控阵天线系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述方法包括：

根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出若干天线分区，所述天线分区包括若干阵元通道；

依次向所有天线分区发射校正信号；

对应天线分区接收校正信号后对所述天线分区内的阵元通道进行校正得到所述天线分区内的通道幅度和相位信息；

完成所有天线分区的校正后，以其中任一天线分区的任一阵元通道作为参考阵元通道，得到相对于参考阵元通道的所有其他通道的幅度和相位信息，完成相控阵的通道校正。

2.如权利要求1所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述方法通过无人机实现；

所述根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出若干天线分区具体包括：

根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出无人机的悬停点位，每个悬停点位覆盖一个天线分区。

3.如权利要求2所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述依次向所有天线分区发射校正信号具体包括：

无人机飞至悬停点位；

机载信标向相控阵发射校正信号，在每个点位上所述机载信标覆盖对应天线分区上的全部天线阵元，使得该天线分区上的全部天线阵元都可以正常接收信标天线发射的校正信号。

4.如权利要求3所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述方法将整个相控阵天线划分为N个分区，每个分区包含M个天线阵元，把天线分区中心的阵元标记为参考阵元，参考阵元对应的通道标记为参考阵元通道。

5.如权利要求4所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述对应天线分区接收校正信号后对所述天线分区内的阵元通道进行校正得到所述天线分区内的通道幅度和相位信息具体包括：

获取所述机载信标天线的空间位置，结合相控阵的位置和阵列流形，计算得到分区内待校正阵元与信标天线之间的距离，在进行通道校正时扣除空间距离不同带来的通道相位偏差；

对分区内所有阵元接收到的校正信号进行分析比较，以参考阵元为基准，计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息，得到该分区内M-1个阵元通道的幅度和相位信息。

6.如权利要求5所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述无人机逐次飞行到下一个悬停点位，进行分区内通道校正，得到其他分区内阵元通道的幅度相位信息。

7.如权利要求6所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述完成所有天线分区的校正后，以其中任一天线分区的任一阵元通道作为参考阵元通道，得到相对于参考阵元通道的所有其他通道的幅度和相位信息，完成相控阵的通道校正具体包括：

计算得到两个相邻分区的参考阵元通道与信标天线之间的距离，在校正时扣除两个参考阵元与信标天线之间距离差导致的通道相位偏差；

逐一对两个相邻分区的参考阵元通道进行校正，分别得到所有前一参考阵元通道相对于后一参考阵元通道幅度相位信息，通过不同分区参考阵元通道幅度相位信息的两两传递，最终完成N-1个分区参考阵元通道相对于第一个分区的参考阵元通道的幅度相位信息；

结合各个天线分区内M-1个通道相对于本分区参考阵元通道的幅度相位信息得到相控阵全部阵元通道相对于第一个分区参考通道的幅度相位信息，完成对相控阵的通道校正工作。

8.如权利要求7所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述结合各个天线分区内M-1个通道相对于本分区参考阵元通道的幅度相位信息得到相控阵全部阵元通道相对于第一个分区参考通道的幅度相位信息具体包括：

以参考通道的校正信号为基准，将其他各路通道校正信号对参考通道的校正信号做复数除法运算，得到各路通道校正信号相对于参考通道的校正信号的幅度和相位信息。

9.如权利要求5所述的非平面相控阵接收通道校正方法，其特征在于，所述机载信标天线的空间位置通过所述无人机的机载差分GPS获得。

10.一种非平面相控阵接收通道校正系统，其特征在于，所述系统包括：

无人机，所述无人机携带机载信标；

无人机点位规划模块，所述无人机点位规划模块用于根据非平面相控阵天线的阵列规模规划出无人机的悬停点位；

幅度相位计算模块，所述幅度相位计算模块用于计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息；

分区内校正模块，所述分区内校正模块对分区内所有阵元接收到的校正信号进行分析比较，以该分区的参考阵元为基准，利用幅度相位计算模块计算分区内其他阵元通道相对于参考阵元通道的幅度和相位信息；

分区间校正模块，所述分区间校正模块用于对两个相邻分区的参考阵元通道进行校正，得到相邻区的参考阵元通道的相对幅度相位信息。

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