專利名稱：相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，該方法中被測支路相位狀態(tài)不變，其它支路相位變化360度，故稱為它元矢量旋轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)相控陣天線除因陣面機械、熱變形引起天線性能下降外，其關(guān)鍵部件——T/R組件也會由于環(huán)境變化、器件老化等原因造成各天線陣元激勵電流幅度、相位的變化。這些變化將引起天線副瓣、波束指向精度等指標下降。所以各天線饋電支路的幅度、相位的校準和補償是有源相控陣雷達能否長期有效地工作的關(guān)鍵。目前關(guān)于相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準研究方法很多，代表性的方法有 I ) Smith, P. Phased array BIT [J]. Antennas and propagation societyinternational symposium, 1990. AP-S. Merging Technologies for the 90's. Digest,vol.2:674-677。鄒永慶，曹軍，李廣忠《微波學(xué)報》2003，19 (3) : 10-13公開的名稱為“基于FFT校正相控陣天線的角度選擇”從角度選擇上來提高校準精度的方法。該方法通過設(shè)置掃描角度滿足關(guān)系式(I)來得到高精度的校準結(jié)果Θ k=sin_1 { λ [2k- (N+l) ] / (2Nd)} (I)式中Θ k :天線波束指向，k :1 N，N :天線單元數(shù)，d:天線單元距離。該方法基于FFT法進行相控陣天線校準，校準精度受所有TR組件的移相誤差所影響，當支路不平衡吋，強耦合支路TR移相誤差將會對弱耦合支路校準精度產(chǎn)生較大影響，因此該方法校準精度和工程適用性不如本發(fā)明的校準方法。2)并饋方式實現(xiàn)高精度校準的方法。張良在《現(xiàn)代雷達》，1996，18(1) :62_74公開的名稱為“固態(tài)有源相控陣雷達的幅相誤差影響分析及校準方法研究[J] ”的文獻。該文獻分析了并饋方式下的校準誤差影響的因素，得到了如下的結(jié)果 ⑵其中σ a :校準幅度誤差，σ p :校準相位誤差，L :一個脈沖內(nèi)采樣點數(shù)，M0 :平均次數(shù)，S/N :該路通道測試時的信噪比。該方法需要每一條相控陣支路都有一個接收機，在陣列單元很多時，對開關(guān)的隔離度要求較高，因此對于高度集成的相控陣天線和大型相控陣天線的校準工程適用性不好。3)基于陣列行波饋源的校準葛建軍等于2001年6月在《現(xiàn)代雷達》第3期52_59，公開的名稱為“基于陣列行波饋源的有源相控陣校正技木”的文獻。該技術(shù)利用行波饋源技術(shù)并通過并在TR組件加入負載狀態(tài)L，并以基于陣列行波饋源的校準作為精度設(shè)計依據(jù)。該法算法同“固態(tài)有源相控陣雷達的幅相誤差影響分析及校準方法研究[J] ”中的算法基本一致，不同之處在于設(shè)置非校準支路的TR組件處于負載狀態(tài)實現(xiàn)単獨測試各個支路的目的。該方法需要為每個TR組件設(shè)計ー個負載狀態(tài)，同時對開關(guān)的隔離度要求較聞。4)旋轉(zhuǎn)矢量法校準技木，閻魯濱，《航天器工程》2006年12月第4期43_45，公開的名稱為“相控陣天線幅相校正的簡單校正方法”。該方法通過控制單個移相単元的相位變化360度，通過檢測合成信號的幅度最大值與幅度最小值之比來校準各個通道的幅度和相
位誤差。該方法實際僅利用了移相器的兩種移相狀態(tài)進行計算，且只測試信號的幅度，與本發(fā)明利用移向器的所有狀態(tài)以及測試信號的相位進行計算明顯不同。5)曲線擬合法校準技術(shù)[6]唐山東等在《彈箭與指導(dǎo)學(xué)報》2008年4月第2期 303-306公開的名稱為“ー種基于曲線擬合的相控陣天線相位校準方法”該方法通過逐一對每ー個通道的移相単元的相位遍歷，通過合成信號最大值對應(yīng)的相位值進行對該通道修正。該過程迭代進行，實現(xiàn)對各通道校正的目的。該方法主要適用于實驗階段校準，不適合天線在線校準。6)矢量平均法校準技術(shù)。該方法控制被測單個移相單元的相位變化360度，對測得數(shù)據(jù)進行疊加、平均處理，得到需要校準的值。在測量過程中，再利用相位疊加消除其它支路的值，實現(xiàn)校準目的。該方法得到的被測支路在多種移相狀態(tài)下的平均值，且在移相時，有些移相狀態(tài)是重復(fù)的，會將移相誤差進行疊加放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種實際幅相值測試精度高、工程適用性好，能夠有效避免移相狀態(tài)重復(fù)帶入誤差，提高較準精度，減小跡線噪聲對測試結(jié)果的影響的它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法。本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，其特征在于包括如下步驟( I)設(shè)ー個N単元的相控陣天線和它元矢量旋轉(zhuǎn)校準系統(tǒng)，將相串聯(lián)的N個天線單元與N個相串聯(lián)的TR組件并聯(lián)或者空間無線方式組成校準耦合網(wǎng)絡(luò)，并與每個TR組件相連波束形成網(wǎng)絡(luò)組成相控陣天線；各相控陣天線饋電支路通過波束形成網(wǎng)絡(luò)和校準耦合網(wǎng)絡(luò)連接校準幅相接收機，組成收發(fā)測試閉環(huán)回路；(2)校準時，將上述波束形成網(wǎng)絡(luò)、含移相器的TR組件或加上天線構(gòu)成的相控陣天線饋電支路設(shè)為被校準對象，由連接在TR組件末端與幅相接收機之間的波控器對天線移相器進行移相，將非測試支路的所有TR組件通過移相狀態(tài)組合，通過信號相互抵消排除移相狀態(tài)誤差；然后通過與天線單元始端和波束形成網(wǎng)絡(luò)相連的校準幅相接收機，測試各個移相狀態(tài)下到達幅相接收機的復(fù)信號和幅度相位值；(3)調(diào)整除被測支路外其他支路的相位，將被測支路外其他支路的相位旋轉(zhuǎn)360度，通過合成抵消的方法獲取各被測饋電支路的初始相位和幅度分布，該相位和幅度分布與設(shè)計的相位幅度分布之間的差異為校準參數(shù)；利用它元矢量旋轉(zhuǎn)校準算法得出各個饋電支路的幅相誤差，通過調(diào)整所述饋電支路的幅度和相位，修正校準參數(shù)差異實現(xiàn)相控陣天線的校準。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。由于除被測支路外，非測試支路移的相狀態(tài)經(jīng)歷了ー個遍，將非測試支路的所有TR組件通過移相狀態(tài)組合，信號相互抵消，這樣這些支路產(chǎn)生的信號在合成后占總信號的能量就非常小了，所以駐波，溫度變化，其它隨機因素造成的跡線噪聲對測試結(jié)果影響很小，有效提高測試精度，同時還排除了非測試支路移相器移相狀態(tài)的誤差。本發(fā)明通過合理設(shè)置各個單元的相位值，利用移向器的所有狀態(tài)以及測試信號的相位進行計算，通過它元矢量旋轉(zhuǎn)法校準各天線陣元激勵電流幅度、相位的變化，有效地避免了其它支路移相器移相狀態(tài)誤差的影響，大大減小了該部分誤差，也使得校準精度受支路耦合度不一致的影響大大減小，能非常容易地進行工程實現(xiàn)。 本發(fā)明相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法的測試過程中，被測支路一直測試過程不變，測試得到的結(jié)果就等于被測支路的實際幅相值，保證了天線副瓣、波束指向精度。綜上所述采用本校準方法，精度高、工程適用性好。


圖I是本發(fā)明它元矢量旋轉(zhuǎn)校準系統(tǒng)的典型組成示意圖。
具體實施例方式參閱圖I。在圖I描述的矢量平均校準系統(tǒng)的典型組成中，設(shè)N個單元的相控陣天線與N個含移相器的TR組件串、并聯(lián)或者空間無線方式組成校正饋電網(wǎng)絡(luò)，并通過波束形成網(wǎng)絡(luò)組成相控陣天線。波束形成網(wǎng)絡(luò)、含移相器的TR組件和上述天線構(gòu)成相控陣天線饋電支路，該饋電支路為被校準對象。各相控陣天線饋電支路通過波束形成網(wǎng)絡(luò)和校正饋電網(wǎng)絡(luò)連接到校準幅相接收機的兩個微波信號端ロ，形成收發(fā)回路；每個TR組件通過校準網(wǎng)絡(luò)(并饋網(wǎng)絡(luò)、串饋網(wǎng)絡(luò)、無線饋網(wǎng)絡(luò))和波束形成網(wǎng)絡(luò)連接到校準幅相接收機的兩個信號端ロ并組成測試的閉環(huán)回路；校準時，將波束形成網(wǎng)絡(luò)、含移相器的TR組件或加上天線構(gòu)成的相控陣天線饋電支路設(shè)為被校準對象，由連接在TR組件與幅相接收機之間的波控器對天線移相器進行移相，使饋電支路的移相狀態(tài)呈獨立隨機分布；用校準幅相接收機測試合成信號的幅度相位值。幅相接收機測試各個移相狀態(tài)下，到達幅相接收機的復(fù)信號；調(diào)整除被測支路外其他支路的相位，使除被測支路外其他支路矢量旋轉(zhuǎn)360度，通過合成抵消的算法獲取上述各條支路的初始相位和幅度分布，該相位和幅度分布與設(shè)計的相位幅度分布之間的差異即為校準參數(shù)；利用它元矢量旋轉(zhuǎn)校準算法得到各個支路的幅相誤差，通過修正該誤差，即可實現(xiàn)相控陣天線的校準。上述校正饋電網(wǎng)絡(luò)可以是其它形式的耦合網(wǎng)絡(luò)，如并饋網(wǎng)絡(luò)，空間饋電網(wǎng)絡(luò)，近場天線稱合等形式。校準耦合網(wǎng)絡(luò)可以有多種形式串聯(lián)耦合校準饋電網(wǎng)絡(luò)、并聯(lián)耦合校準饋電網(wǎng)絡(luò)、無線耦合校準饋電網(wǎng)絡(luò)。校準時，所采用的它元矢量旋轉(zhuǎn)校準算法，包括如下計算方式，采用如下公式
權(quán)利要求
1.一種相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，其特征在于包括如下步驟 (1)設(shè)一個N單元的相控陣天線和它元矢量旋轉(zhuǎn)校準系統(tǒng)，將相串聯(lián)的N個天線單元與N個相串聯(lián)的TR組件并聯(lián)或者空間無線方式組成校準耦合網(wǎng)絡(luò)，并與每個TR組件相連波束形成網(wǎng)絡(luò)組成相控陣天線；各相控陣天線饋電支路通過波束形成網(wǎng)絡(luò)和校準耦合網(wǎng)絡(luò)連接校準幅相接收機，組成收發(fā)測試閉環(huán)回路； (2)校準時，將上述波束形成網(wǎng)絡(luò)、含移相器的TR組件或加上天線構(gòu)成的相控陣天線饋電支路設(shè)為被校準對象，由連接在TR組件末端與幅相接收機之間的波控器對天線移相器進行移相，將非測試支路的所有TR組件通過移相狀態(tài)組合，通過信號相互抵消排除移相狀態(tài)誤差；然后通過與天線單元始端和波束形成網(wǎng)絡(luò)相連的校準幅相接收機，測試各個移相狀態(tài)下到達幅相接收機的復(fù)信號和幅度相位值； (3)調(diào)整除被測支路外其他支路的相位，使被測支路外其他支路的相位矢量旋轉(zhuǎn)360度，通過合成抵消的方法獲取各被測饋電支路的初始相位和幅度分布，該相位和幅度分布與設(shè)計的相位幅度分布之間的差異為校準參數(shù)；利用它元矢量旋轉(zhuǎn)校準算法得出各個饋電支路的幅相誤差，通過補償各支路的幅度和相位，以修正校準參數(shù)差異，從而實現(xiàn)相控陣天線的校準。
2.如權(quán)利要求I所述的相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，其特征在于，校準時，所采用的它元矢量旋轉(zhuǎn)校準算法，包括如下計算方式，用公式
3.如權(quán)利要求2所述的相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，其特征在于，在校準過程中 令第i路的相位不變，其它每路支路移相器依次移相丨,，k= I N-I ; 第i路相位依然不變，其它每路支路移相器移相(;I = I Μ，每移相一次進行ー次測量，得到M個測試結(jié)果，將M個結(jié)果相加，取其平均值，相加后由于(4)式右邊最后ー項之和等于零，故得到如(7)式所示的最終結(jié)果；由于IsiiI是可事先已知的第i路支路的測試支架的傳輸系數(shù)，因此，由此可以得到第i路被測TR的傳輸系數(shù)幅度I S2i I。
4.如權(quán)利要求I所述的相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，其特征在于，所述的校準耦合網(wǎng)絡(luò)是并饋網(wǎng)絡(luò)、空間饋電網(wǎng)絡(luò)或近場天線耦合等形式。
5.如權(quán)利要求I所述的相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，其特征在于，所述的校準耦合網(wǎng)絡(luò)有多種形式串聯(lián)耦合校準饋電網(wǎng)絡(luò)、并聯(lián)耦合校準饋電網(wǎng)絡(luò)和無線耦合校準饋電網(wǎng)絡(luò)。
6.如權(quán)利要求I所述的相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，其特征在于，校準幅相接收機用于測試幅度相位值，波控器實現(xiàn)對天線的移相。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種相控陣天線它元矢量旋轉(zhuǎn)校準方法，旨在提供一種實際幅相值測試精度高，能夠有效避免移相狀態(tài)重復(fù)帶入誤差的校準方法。本發(fā)明可以通過下述方案予以實現(xiàn)設(shè)一個N單元的相控陣天線和它元矢量旋轉(zhuǎn)校準系統(tǒng)，校準時，將上述系統(tǒng)中的波束形成網(wǎng)絡(luò)、含移相器的TR組件構(gòu)成的相控陣天線饋電支路設(shè)為被校準對象，由連接在TR組件末端與幅相接收機之間的波控器對天線移相器進行移相，然后通過與天線單元始端和波束形成網(wǎng)絡(luò)相連的校準幅相接收機，測試各個移相狀態(tài)下到達幅相接收機的復(fù)信號和幅度相位值；用它元矢量旋轉(zhuǎn)獲取各條饋電支路的初始相位和幅度分布，利用它元矢量旋轉(zhuǎn)校準算法得出各個饋電支路的幅相誤差，修正參數(shù)差異實現(xiàn)相控陣天線的校準。
文檔編號H01Q3/26GK102683899SQ201210157720
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月19日
發(fā)明者何海丹, 劉偉, 張凱, 杜艷, 楊順平 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所