一种相控阵雷达发射通道远场校准方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种相控阵雷达发射通道远场校准方法及系统，在远场架设两个天线，两个天线极化方式相互垂直，在雷达阵面旁边安装一个辅助天线，极化方式与雷达天线阵面垂直，用于接收远场第二个天线发射回来的信号。雷达信号处理机对辅助接收通道送来的信号进行相位测试，同时将辅助接收机通道送来的信号的相位作为发射基准相位，将雷达阵面每个通道发射信号的相位都与发射基准相位进行比较，通过做差，求取需要的相位修正量，然后通过控制发射组件的移相器，使其按照此前得到的相位修正量进行相移，以此实现发射通道远场校准。与传统方法相比省去了在远端架设频谱仪、示波器等信号测量设备，同时省去了向远端传送参考时钟。
【专利说明】一种相控阵雷达发射通道远场校准方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于一维相控阵雷达（以下简称：雷达）收发通道校准【技术领域】，具体涉及 一种相控阵雷达发射通道远场校准方法及系统涉及雷达接收/发射通道近远场校准的通 道程控自动切换设备及其控制方法、发射通道远场校准方法；通过该通道程控自动切换设 备，实现了雷达前端设备在接收通道近场校准、接收通道远场校准、发射通道近场校准、发 射通道远场校准和正常工作5种状态之间自动切换；通过新的发射通道远场校准方法，实 现了雷达发射通道的本机校准。
【背景技术】
[0002] 通常，雷达发射通道远场校准需要在远场架设频谱仪，示波器，电源模块等设备， 并需要将雷达工作的参考时钟传到远场，由远场的设备接收雷达单通道辐射的被测信号， 完成雷达发射通道的相位校准。采用本发明提出的发射通道远场校准方法后，可以直接由 雷达本机完成发射通道的相位校准，降低了测试设备量、测试难度。
[0003] 通常，雷达前端分为正常工作（即工作状态）和测试校准两种模式，测试校准模式 又分为接收通道近场校准、接收通道远场校准、发射通道近场校准、发射通道远场校准4种 状态，因此雷达前端一般存在5种状态。通道测试过程中需要不断在5种状态之间进行切 换，传统的做法都是测试人员不断手动改变测试系统的电缆接线位置及设备的连接关系， 需要大量繁琐的人力劳动，并且需要对雷达系统及设备非常熟悉，且易于出错。采用该雷达 收发通道近远场校准程控自动切换设备，可通过雷达终端控制软件对雷达和该设备进行控 制，方便的实现雷达在5种状态之间自动切换，节省了人力、物力和时间，同时，由于各设备 之间的连接状态比较稳定，使得通道测试时各个状态保持稳定。
【发明内容】
[0004] 要解决的技术问题
[0005] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种相控阵雷达发射通道远场校准方 法及系统。
[0006] 技术方案
[0007] -种相控阵雷达发射通道远场校准方法，其特征在于：两个极化方式相互垂直的 第一天线和第二天线架设在远场，辅助天线安装在雷达阵面旁边，其中，第一天线极化方式 与雷达阵面极化方式相同，第二天线极化方式与雷达阵面极化方式垂直，辅助天线极化方 式与雷达天线阵面的极化方式垂直；校准步骤如下：
[0008] 步骤1 :第一天线接收雷达阵面按照预设规则通过单通道发射的测试信号，并将 所述测试信号发送至所述第二天线；第二天线将接收到的所述测试信号发送至辅助天线； 辅助天线将接收到的测试信号发送至雷达的信号处理机；
[0009] 步骤2 :雷达的信号处理机对接收到的测试信号和频综测试模块输出的测试信号 分别进行相位测试，并以频综测试模块输出的测试信号的相位作为发射基准相位；
[0010] 步骤3 :雷达的信号处理机将雷达阵面每个通道发射信号的相位都与发射基准相 位进行比较，并做差，得到相位修正量；
[0011] 步骤4 :根据相位修正量控制发射组件的移相器，使其按照相位修正量进行相移， 实现发射通道远场校准。
[0012] 一种实现所述相控阵雷达发射通道远场校准方法的系统，其特征在于包括第一天 线、第二天线、辅助天线、第一辅助接收机通道1、第二辅助接收机通道2和雷达信号处理 机；两个天线极化方式相互垂直的第一天线和第二天线架设在远场，第一天线极化方式与 雷达阵面极化方式相同，用来接收雷达阵面单通道发射的测试信号，第二天线极化方式与 雷达阵面极化方式垂直，用来将雷达阵面发射的信号经放大后转发给雷达阵面；辅助天线 安装在雷达阵面旁边，极化方式与雷达天线阵面垂直，用于接收远场第二个天线发射回来 的信号；辅助天线接收的信号通过第一辅助接收机通道1送至雷达的信号处理机对信号进 行处理，同时频综测试模块输出的测试信号输入第二辅助接收机通道2,然后送至雷达信号 处理机；雷达信号处理机对第一辅助接收通道1和第二辅助接收通道2送来的信号进行相 位测试，同时将第二辅助接收机通道2送来的信号的相位作为发射基准相位，将雷达阵面 每个通道发射信号的相位都与发射基准相位进行比较，通过做差，求取需要的相位修正量， 然后通过控制发射组件的移相器，使其按照此前得到的相位修正量进行相移，实现发射通 道远场校准。
[0013] 有益效果
[0014] 本发明提出的一种相控阵雷达发射通道远场校准方法及系统，在远场架设两个天 线，两个天线极化方式相互垂直，第一个天线极化方式与雷达阵面极化方式相同，用来接收 雷达阵面单通道发射的测试信号，第二个天线极化方式与雷达阵面极化方式垂直，用来将 雷达阵面发射的信号经放大后转发给雷达阵面。在雷达阵面旁边安装一个辅助天线，极化 方式与雷达天线阵面垂直，用于接收远场第二个天线发射回来的信号。辅助天线接收的信 号通过辅助接收机通道1送至雷达的信号处理机对信号进行处理。同时频综测试模块输出 的测试信号输入辅助接收机通道2,然后送至雷达信号处理机。雷达信号处理机对辅助接收 通道1、2送来的信号进行相位测试，同时将辅助接收机通道2送来的信号的相位作为发射 基准相位，将雷达阵面每个通道发射信号的相位都与发射基准相位进行比较，通过做差，求 取需要的相位修正量，然后通过控制发射组件的移相器，使其按照此前得到的相位修正量 进行相移，以此实现发射通道远场校准。与传统方法相比省去了在远端架设频谱仪、示波器 等信号测量设备，同时省去了向远端传送参考时钟。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0016] 1、雷达发射通道远场校准难度大大简化；
[0017] 2、雷达发射通道远场校准精度得到提高；
[0018] 3、提高了雷达收发通道近远场校准的自动化程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1 :雷达发射通道远场校准方法示意图
[0020] 图2 :雷达接收/发射通道近远场校准的通道程控自动切换设备
【具体实施方式】
[0021] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0022] 本方法涉及的设备有：①、天线三个，第一个架设于远场，用接收雷达阵面发射的 信号；第二个架设于远场，用于将第一个天线接收到的信号转发回雷达阵面；第三个架设 于雷达阵面旁边，用于接收第二个天线转发回来的雷达信号；②、雷达信号处理机，用于处 理接收到的第二个天线转发回来的信号，进行发射通道相位校准。
[0023] 本发明涉及的达收发通道近远场校准的程控自动切换设备，可以实现雷达通道测 试时在雷达远场接收、远场发射、近场接收、近场发射及正常工作5种状态之间的自动切 换。包括：
[0024] ①、三端口电子开关有2个，可实现3个端口之间任意两个端口的导通或者3个端 口之间全部断开，用于控制电路的选通；②，延迟模块有1个，选用与测试雷达频率相符的 光纤延时组件，可将输入的射频信号延迟一定时间后输出；③，一分二功分器1个，将输入 的一路射频信号分为两路输出；④，衰减器若干，选择合适的衰减值，保证接收模块对信号 功率的要求。
[0025] 本发明通过上述设备与雷达频率综合器的测试模块、辅助天线、第三天线、辅助接 收通道共同组成收发通道校准系统，通过终端操控界面控制三端口开关的通断，实现雷达 通道校准在不同状态之间的快速切换。
[0026] 1)近场接收通道相位校准：通过终端控制界面控制三端口电子开关1，使得频率 综合器测试模块输出测试信号经过功分器、三端口电子开关后，直接经辅助天线1输出；控 制三端口电子开关2全关。
[0027] 2)远场接收通道相位校准：通过终端控制界面控制三端口电子开关1、2为全关断 状态。
[0028] 3)近场发射通道相位校准：通过终端控制界面控制三端口电子开关1，使得辅助 天线1接收到单个T组件发射的信号后，经过三端口电子开关、S波段光纤延迟单元和15dB 衰减器后输入辅助接收机通道1入口；控制三端口电子开关2,使得测试模块输出测试信号 经过功分器、三端口电子开关、S波段光纤延迟单元、衰减器后，输入辅助接收机通道2入 口，作为发射相位基准。
[0029] 4)远场发射通道相位校准：通过终端控制界面控制三端口电子开关1为全关断状 态，使用第3天线接收远场送回的信号，并经过衰减器后送入辅助接收机通道1入口。控制 三端口电子开关2,使得测试模块输出测试信号经过功分器、三端口电子开关、S波段光纤 延迟单元、衰减器后，输入辅助接收机通道2入口，作为发射相位基准。
[0030] 5)雷达正常工作：通过终端控制界面控制三端口电子开关1为全关断状态；控制 三端口电子开关2,使得辅助天线2输出接辅助接收机通道2入口。
[0031] 具体实施例：
[0032] 参见图1，本发明涉及的相控阵雷达发射通道远场校准方法，需要在远端架设两个 喇叭天线，其中第一天线极化方向与雷达阵面的极化方向相同，第二天线的极化方向与雷 达阵面极化方向相互垂直，在雷达阵面旁边架设第三天线，第三天线为一条形阵列天线，极 化方向与阵面极化方向相互垂直。
[0033] 发射通道远场相位校准时，由雷达阵面单个发射通道向外发射测试信号，第一天 线用于接收雷达发射的测试信号。其接收的信号经放大器放大后经由第二天线转发出去。 第三天线接收第二天线发射的信号，并将接收信号送至辅助接收机，辅助接收机1通道，同 时频综测试模块输出的测试信号输入辅助接收机2通道，其测试信号相位作为发射基准相 位，雷达信号处理机对辅助接收机接收的信号进行相位测量、并与发射基准相位进行比较， 通过做差，求取需要的相位修正量，然后通过控制发射组件的移相器，使其按照此前得到的 相位修正量进行相移，以此实现发射通道远场校准。
[0034] 参见图2,本发明涉及的雷达接收/发射通道近远场校准的通道程控自动切换设 备由一分二功分器、延迟模块、2个三端电子口开关、2个衰减器组成。外围设备包括频率综 合器测试模块、辅助天线、辅助接收机。其中频率测试模块的激励输出端与一分二功分器的 输入相连，一分二功分器的一路输出与三端口电子开关1的一个端口相连，三端口电子开 关的另外两个端口分别与辅助天线1和延迟模块1的输入端相连，延迟模块1的输出端与 辅助接收通道1入口相连，若延迟模块1的输出功率大于辅助接收机通道1的输入范围，则 在延迟模块1的输出端与辅助接收机通道1入口之间连接一个适当大小的衰减器。一分二 功分器的另一路输出与延迟组件2的输入端相连，延迟组件2的输出端与三端口电子开关 2的一个段口相连，三端口电子开关2的另外两个端口分别与辅助天线2和辅助接收通道2 入口相连，若三端口电子开关2的输出功率大于辅助接收机通道2的输入范围，则在三端口 电子开关2与辅助接收机通道2入口之间连接一个适当大小的衰减器。
[0035] 本发明工作时，三端口电子开关的控制命令由雷达终端控制界面发出，通过控制 三端口电子开关的通断实现不同工作状态的选择，具体控制方法如下：
[0036] 1)近场接收通道相位校准时：通过终端控制界面控制三端口电子开关1，使得连 接辅助天线1的端口与连接一分二功分器输出的端口导通，使得频率综合器测试模块输出 测试信号经过功分器、三端口电子开关后，直接经辅助天线1输出，雷达阵面接收辅助天线 1发射的测试信号，经由信号处理机进行各接收通道相位测量、校准；控制三端口电子开关 2全关。
[0037] 2)远场接收通道相位校准时：通过终端控制界面控制三端口电子开关1、2为全关 断状态。雷达阵面接收远场信号源发射的测试信号，经由信号处理机进行各接收通道相位 测量、校准；
[0038] 3)近场发射通道相位校准：通过终端控制界面控制三端口电子开关1，使得辅助 天线1接收到单个发射组件发射的测试信号后，经过三端口电子开关、S波段光纤延迟单元 和15dB衰减器后输入辅助接收机通道1入口；控制三端口电子开关2,使得测试模块输出 测试信号经过功分器、三端口电子开关、S波段光纤延迟单元、衰减器后，输入辅助接收机通 道2入口，作为发射相位基准。辅助接收机接收的信号经由信号处理机进行相位测量、比较 等处理后，实现近场发射通道相位校准；
[0039] 4)远场发射通道相位校准：通过终端控制界面控制三端口电子开关1为全关断状 态，使用第三天线接收远场送回的信号，送入辅助接收机通道1入口。控制三端口电子开关 2,使得测试模块输出测试信号经过功分器、三端口电子开关、S波段光纤延迟单元、衰减器 后，输入辅助接收机通道2入口，作为发射相位基准。辅助接收机接收的信号经由信号处理 机进行相位测量、比较等处理后，实现发射通道远场相位校准；
[0040] 5)雷达正常工作时：通过终端控制界面控制三端口电子开关1为全关断状态；控 制三端口电子开关2,使得辅助天线2输出接辅助接收机通道2入口。 [0041] 电子开关控制如下表所示：
[0042] 表三端口电子开关1/2控制
[0043]
【权利要求】
1. 一种相控阵雷达发射通道远场校准方法，其特征在于：两个极化方式相互垂直的第 一天线和第二天线架设在远场，辅助天线安装在雷达阵面旁边，其中，第一天线极化方式与 雷达阵面极化方式相同，第二天线极化方式与雷达阵面极化方式垂直，辅助天线极化方式 与雷达天线阵面的极化方式垂直；校准步骤如下： 步骤1:第一天线接收雷达阵面按照预设规则通过单通道发射的测试信号，并将所述 测试信号发送至所述第二天线；第二天线将接收到的所述测试信号发送至辅助天线；辅助 天线将接收到的测试信号发送至雷达的信号处理机； 步骤2 :雷达的信号处理机对接收到的测试信号和频综测试模块输出的测试信号分别 进行相位测试，并以频综测试模块输出的测试信号的相位作为发射基准相位； 步骤3 :雷达的信号处理机将雷达阵面每个通道发射信号的相位都与发射基准相位进 行比较，并做差，得到相位修正量； 步骤4 :根据相位修正量控制发射组件的移相器，使其按照相位修正量进行相移，实现 发射通道远场校准。
2. -种实现权利要求1所述相控阵雷达发射通道远场校准方法的系统，其特征在于 包括第一天线、第二天线、辅助天线、第一辅助接收机通道（1)、第二辅助接收机通道（2)和 雷达信号处理机；两个天线极化方式相互垂直的第一天线和第二天线架设在远场，第一天 线极化方式与雷达阵面极化方式相同，用来接收雷达阵面单通道发射的测试信号，第二天 线极化方式与雷达阵面极化方式垂直，用来将雷达阵面发射的信号经放大后转发给雷达阵 面；辅助天线安装在雷达阵面旁边，极化方式与雷达天线阵面垂直，用于接收远场第二个天 线发射回来的信号；辅助天线接收的信号通过第一辅助接收机通道（1)送至雷达的信号处 理机对信号进行处理，同时频综测试模块输出的测试信号输入第二辅助接收机通道（2)， 然后送至雷达信号处理机；雷达信号处理机对第一辅助接收通道（1)和第二辅助接收通道 (2)送来的信号进行相位测试，同时将第二辅助接收机通道（2)送来的信号的相位作为发 射基准相位，将雷达阵面每个通道发射信号的相位都与发射基准相位进行比较，通过做差， 求取需要的相位修正量，然后通过控制发射组件的移相器，使其按照此前得到的相位修正 量进行相移，实现发射通道远场校准。
【文档编号】G01S7/40GK104360328SQ201410631380
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】蔡兴雨, 朱思桥, 任伦, 周游, 马英男, 兑雅娟 申请人:西安电子工程研究所