本发明涉及一种天线和差通道指向误差标定方法，特别涉及航天测控领域单脉冲天线利用同步轨道卫星或者太阳等源进行和差通道指向误差的无塔标定。
背景技术：
天线指向校正被广泛运用于射电天文观测领域，通过指向校正，可准确引导天文望远镜主波束对准观测天体，可以保证天线能够接收到最强的观测信号。
无线电跟踪测量领域，单脉冲天线通常设计和差两个通道，和通道用于接收人造卫星或者合作目标下行信号进行信息解调处理，而跟踪通道则用于实现对人造天体进行自动跟踪。
对于无线电跟踪测量领域，若采用基于射电星的天线指向校正方法来对天线指向误差进行校正时，由于存在和差通道间指向不一致性，仅通过和通道进行指向误差校正，将导致天线跟踪精度超差，这就要求工程上寻找解决办法。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术采用基于射电星的天线指向校正方法来对天线指向误差进行校正时，由于存在和差通道间指向不一致性，仅通过和通道进行指向误差校正，将导致天线跟踪精度超差的问题，提出一种天线和差通道指向误差标定方法。
本发明的技术方案是：一种天线和差通道指向误差无塔标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用光栅扫描技术，按照天线参数设置扫描范围与扫描速度，控制天线进行光栅扫描，分别获取天线和、差通道的实时角度与功率数据，形成天线三维方向图；
(2)利用双阈值方法分别截取阈值范围内的和、差通道角度数据生成方位、俯仰二维椭圆曲线；
(3)采用最小二乘原理以及野值剔除方法对获取的和、差椭圆曲线进行拟合,对其中心进行定位,得到和、差通道脱靶量，从而计算出相应的和、差通道指向误差。
所述的步骤(1)，利用功率探头实时采集天线方位、俯仰角度以及接收到的天线辐射电平，构成三维数据，每一组数据对应三维空间一个点，由无数点生成一幅三维天线辐射方向图。
所述的步骤(1)的具体实施步骤如下：
(1)根据天线性能指标以及天线系统角度采样率分别设置天线扫描范围与扫描速度；
(2)计算出方位步进量，固定方位角度，俯仰由上自下或由下自上进行扫描步进计算；
(3)当俯仰扫描自最下或最上时，方位按计算出方位步进量步进，俯仰由下自上或由上自下再进行扫描量计算；如此反复，直至完成设定的扫描区域的扫描量计算，并将这些扫描量生成相对时的天线扫描弹道；
(4)计算选测量目标计算扫描期间目的目标绝对时理论弹道；该测量目标包括标校塔、同步卫星或者太阳的强射电源；
(5)在所计算的目标绝对时理论弹道基础上叠加相对时的天线扫描弹道，引导天线进行轨迹跟踪。
所述的椭圆曲线的获取与最小二乘中心定位的具体算法如下：
(1)对原始数据利用双阈值进行分割，由阈值确定两个分割平面，选取该两个分割面之间的采样数据作为拟合的数据；
对N个采样点人工选取两个阈值BcLow和BcUp，使得BcLow和BcUp满足：
去除区间[BcLow,BcUp]以外的数值，保留下的采样点形成新的强度数据即：
那么在平面内投影点集中在一个圆环内；
(2)对目标的一组采样点进行椭圆最小二乘拟合，能够确定目标的中心位置，长、短半轴，以及主轴方向等参数；
设二次曲线的一般方程为：
若：
那么方程(12)表示椭圆，其均方差和为：
分别对式(10)关于B,C,D,E和F取偏导，令偏导为0，则可以得到一个包含5个方程和5个未知数的静定方程组，用矩阵求逆可以求解得到该5个未知参数，从而确定椭圆。设为椭圆中心(即脱靶量)，则：
直接利用射电星或者同步卫星分别进行和差通道指向误差进行标定，将利用射电星的天线指向标定与校正转换为天线跟踪标定与校正，消除天线和差通道间的指向误差，提高天线跟踪系统精度。
本发明选取太阳或者同步轨道卫星作为和差通道无塔标定信号源，采用天线光栅扫描联合三维方向图成像技术分别获取和差通道三维方向图，采用基于椭圆曲线拟合的脱靶量精密测量算法分别对和、差方向图分别进行中心定位，减少了天线跟踪误差，提高设备跟踪精度。
附图说明
图1为本发明和差通道指向误差示意图；
图2为本发明天线光栅扫描时跟踪轨迹图；
图3为本发明和通道三维辐射功率方向图；
图4为本发明差通道三维辐射功率方向图；
图5为本发明和通道双阈值椭圆曲线脱靶量提取图；
图6为本发明差通道双阈值椭圆曲线脱靶量提取图。
具体实施方式
本发明选取太阳或者同步轨道卫星作为和差通道无塔标定信号源，采用天线光栅扫描联合三维方向图成像技术分别获取和差通道三维方向图，采用基于椭圆曲线拟合的脱靶量精密测量算法分别对和、差方向图分别进行中心定位。具体实施步骤如下：
(1)根据天线性能指标以及天线系统角度采样率分别设置天线扫描范围与扫描速度。
(2)计算出方位步进量，固定方位角度，俯仰由上自下(或由下自上)进行扫描步进计算。
(3)当俯仰扫描自最下(或最上)时，方位按计算出方位步进量步进，俯仰由下自上(或由上自下)再进行扫描量计算。如此反复，直至完成设定的扫描区域的扫描量计算，并将这些扫描量生成相对时的天线扫描弹道。
(4)计算选测量目标(如标校塔、同步卫星或者太阳等强射电源)计算扫描期间目的目标绝对时理论弹道。
(5)在所计算的目标绝对时理论弹道基础上叠加相对时的天线扫描弹道，如图1所示。引导天线进行轨迹跟踪，如图2所示。
(6)在天线进行光栅扫描时，实时采集天线方位、俯仰角度以及接收到的天线辐射功率电平，同时将天线方位角、俯仰角分别减去目的理论弹道，记录生成天线相对方位角、俯仰角、和差通道辐射功率电平三维数据。
(7)借助MATLAB工具，利用所采集的天线相对方位角、相对俯仰角、和差通道辐射功率的三维数据，生成直角系天线三维辐射方向图，如图3、图4所示。
(8)椭圆曲线的获取与中心定位计算，为了提高椭圆曲线拟合的准确度，首先对原始数据利用双阈值进行分割，由阈值确定两个分割平面，选取该两个分割面之间的采样数据作为拟合的数据。采用最小二乘原理对所得到的椭圆曲线中心进行定位，如图5、6所示。
(9)计算和差通道指向误差：
利用椭圆曲线中心计算结果，即可计算出和差通道指向误差，具体计算公式如下：
式中：
ΔA为方位和差通道误差
θmΣ为和通道方位脱靶量
θmΔ为差通道方位脱靶量
E为所对应俯仰角
ΔE为俯仰和差通道指向误差
为和通道俯仰脱靶量
为和通道俯仰脱靶量
利用上述技术方案，我们利用太阳作为信号源对典型10米无线电跟踪测量天线进行了和差通道测量误差，测量结果如下：
ΔA＝-0.015°
ΔE＝+0.009°
从标定结果可以看出，利用该测量方法可提高天线系统跟踪精度：方位54角秒，俯仰32角秒，这对于该天线系统指标方位、俯仰系统差各72角秒而言，效果显著。