一种进行相位校准的系统及方法与流程

本发明涉及无线电技术领域，特别涉及一种进行相位校准的系统及方法。

背景技术：

相位干涉仪测向技术具有测向精度高、瞬时测向范围宽、测向速度快、能被动测向等优点，被广泛应用于无线电监测领域。相位干涉仪测向系统通过在空间分置多个测向天线，接收辐射源信号并通过各自的接收通道进入多通道测向接收机，在接收机中提取接收通道之间输出信号的相位差，最终解算出辐射源方位。

车载干涉仪测向系统由舱外设备(含测向天线、馈线、射频旋转关节)和舱内设备(含馈线、多通道接收机、信号处理机、终端设备)组成。射频接收通道包含测向天线、射频电缆、射频旋转关节、射频连接器、接收机内部射频调理通道等，其中天线与射频旋转关节、射频旋转关节与舱内接收机之间通过射频电缆和射频连接器连接。由于各接收通道输出信号的相位差直接对应目标辐射源方位，因此为了保证测向精度，相位干涉仪测向系统必须控制相位差测量误差。相位差测量误差主要由接收通道间的相位失配误差、鉴相器鉴相误差和系统噪声带来的相位误差引起，通过减小接收通道之间的相位失配误差可减小相位差测量误差，在工程上实现相位一致性非常好的接收通道非常困难，而对接收通道进行相位校准通常是减小相位适配误差的一种简单有效的手段。

当前工程上对车载干涉仪测向系统接收通道进行相位校准的常见方法有：内场静态无线校准、动态无线校准及接收机内部通道动态有线校准。内场静态无线校准要将测向系统主要部件放入暗室，对一些小平台(无人机等)有可能可行，而车载干涉仪测向系统具有天线尺寸重量较大、射频旋转关节多导致转台尺寸重量较大、馈线长分段多(含射频穿舱连接)等特点，在微波暗室完成接收通道无线校准非常困难；动态无线校准需准确测量校准天线与各干涉仪测向天线单元之间的空间位置关系，以便准确计算校准信号到达各干涉仪天线单元之间的波程差，这对结构设计和装配提出了较高的要求；接收机内部通道动态有线校准的校准通道不涵盖测向天线、馈线、射频旋转关节等，因此各测向天线之间、各馈线通道之间、各路射频旋转关节之间的相位一致性需通过设计、工艺、装配来保证。

可见，现有技术中的相位校准方式存在普适性不高且校准精度较低的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种进行相位校准的系统及方法，用于解决现有技术中的相位校准方式存在普适性不高且校准精度较低的技术问题，实现在不增加专门的校准天线条件的前提下，提供一种方便实用、校准精度高及可实时进行动态校准的系统和方法的技术效果。

本申请实施例第一方面提供了一种进行相位校准的系统，包括：

测向天线阵；

校准装置，包括输入端和输出端，所述输入端与所述测向天线阵连接；

转台，包括第一端和第二端，所述第一端与所述输出端连接；

测向接收机，包括测向接收机内部通道及测向接收机处理器，所述测向接收机与所述第二端连接；

其中，在需要进行相位校准时，通过所述测向接收机控制所述校准装置发射射频校准信号，经过所述转台以及所述测向接收机内部通道发送至所述测向接收机处理器，通过所述测向接收机处理器对所述射频校准信号进行相位测量，获取所述系统的接收通道中除所述测向天线阵外的接收通道之间的相位适配误差，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差完成对所述除所述测向天线阵外的接收通道的相位校准。

可选的，所述校准装置包括：

校准源，用于响应由所述测向接收机发送的校准控制信号，并按预定的时序输出校准信号；

功分器，用于将所述校准信号分为多路校准信号；

耦合器，用于将所述多路校准信号耦合至所述测向接收机，以供所述测向接收机进行校准处理。

可选的，所述转台包括转台壳体、设置在所述转台壳体内的射频旋转关节和设置在所述转台壳体内的汇流环，其中，所述射频旋转关节及所述汇流环的上端口与所述第一端连接，所述第一端通过第一连接电缆与所述输出端连接，所述射频旋转关节及所述汇流环的下端口与所述第二端连接，所述第二端通过第二连接电缆与所述测向接收机连接。

可选的，所述测向天线阵通过第三连接电缆与所述校准装置连接。

可选的，所述测向天线阵的通道数量为第一预设值，所述校准装置的通道数量为第二预设值，所述测向接收机的通道数量为第三预设值，其中，所述第一预设值等于所述第二预设值，且所述第一预设值等于所述第三预设值。

本申请实施例第二方面提供了一种进行相位校准的方法，应用于如第一方面所述的系统中，包括：

校准装置在接收到校准控制信号后，发送射频校准信号；

测向接收机通过转台以及测向接收机内部通道接收所述射频校准信号，其中，所述测向接收机内部通道包括有N个接收通道，N为大于等于2的整数；

所述测向接收机获取所述N个接收通道中每个接收通道接收的所述射频校准信号对应的相位值；

所述测向接收机基于所述相位值，确定N-1个接收通道中每个接收通道与基准通道的相位差值为与所述N-1个接收通道对应的相位适配误差值，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差，完成对所述系统的接收通道中除测向天线阵外的接收通道的相位校准，其中，所述基准通道为从所述N个接收通道中确定的预设接收通道。

可选的，在所述校准装置发送射频校准信号之前，所述方法还包括：

对所述测向天线阵的各天线单元进行相位方向图测试和相位调整，其中，所述各天线单元的端口连接有用于相位调整的射频电缆，通过调整所述射频电缆的长度以确保所述天线阵各天线单元之间的相位适配误差满足预设要求。

可选的，所述校准装置发送射频校准信号，包括：

所述校准装置接收由所述测向接收机发送校准控制信号；

所述校准装置基于所述校准控制信号，按照预定的时序依次输出所述射频校准信号。

可选的，所述测向接收机基于所述相位值，确定N-1个接收通道中每个接收通道与基准通道的相位差值为与所述N-1个接收通道对应的相位适配误差值，包括：

所述测向接收机获取基准通道的通道标识，基于所述通道标识确定通道R为所述基准通道；

依次取i为1至N-1，确定所述第i个接收通道与通道R的第i个相位差值为所述第i个接收通道的相位适配误差值，在i为N-1时，获取N-1个相位适配误差值。

可选的，在所述测向接收机基于所述相位值，确定N-1个接收通道中每个接收通道与基准通道的相位差值为与所述N-1个接收通道对应的相位适配误差值之后，所述方法还包括：

在所述系统处于正常工作状态时，所述测向接收机通过所述N个接收通道接收目标辐射源信号，其中，在所述系统处于所述正常工作状态时，校准装置无校准信号输出；

所述测向接收机以所述通道R为基准通道，确定所述N-1个接收同道中的每个接收通道中的接收信号相位值与所述通道R中的接收信号相位值之差值，获取N-1个目标辐射源信号相位差值；

依次取i为1至N-1，所述测向接收机确定第i个目标辐射源信号相位差值与所述第i个接收通道的相位适配误差值的差值为所述第i个接收通道的实际相位差值，在i为N-1时，获取N-1个实际相位差值，从而完成对所述除测向天线阵外的接收通道的相位校准。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

由于本申请实施例中的技术方案，采用测向天线阵；校准装置，包括输入端和输出端，所述输入端与所述测向天线阵连接；转台，包括第一端和第二端，所述第一端与所述输出端连接；测向接收机，包括测向接收机内部通道及测向接收机处理器，所述测向接收机与所述第二端连接；其中，在需要进行相位校准时，通过所述测向接收机控制所述校准装置发射射频校准信号，经过所述转台以及所述测向接收机内部通道发送至所述测向接收机处理器，通过所述测向接收机处理器对所述射频校准信号进行相位测量，获取所述系统的接收通道中除所述测向天线阵外的接收通道之间的相位适配误差，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差完成对所述除所述测向天线阵外的接收通道的相位校准的技术手段，这样，在测向天线阵和转台之间增加一个校准装置，使测向接收机通过转台向校准装置提供电源和发送校准控制信号，校准装置则根据校准控制信号，按预定的时序向各接收通道输入校准信号，测向接收机通过对校准信号进行处理，提取并存储各接收通道间的相位适配误差，不需要单独的校准天线，通过校准信号射频通道耦合实现除测向天线阵外的整个接收通道相位有线校准，减小了接收通道之间的相位适配误差，保证了系统测向精度满足指标要求，且用户可以根据需要在任意时刻启动校准流程，校准时机灵活，有效解决了现有技术中的相位校准方式存在普适性不高且校准精度较低的技术问题，实现在不增加专门的校准天线条件的前提下，提供一种方便实用、校准精度高及可实时进行动态校准的系统和方法的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本申请实施例一中提供的一种进行相位校准的系统的结构示意图；

图2为本申请实施例一中校准装置20的结构框图；

图3为本申请实施例一中增加校准装置20后系统各部分之间的连接框图；

图4为本申请实施例二中提供的一种进行相位校准的方法的流程图；

图5为本申请实施例二中测向天线及其相位测试端口示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种进行相位校准的系统及方法，用于解决现有技术中的相位校准方式存在普适性不高且校准精度较低的技术问题，实现在不增加专门的校准天线条件的前提下，提供一种方便实用、校准精度高及可实时进行动态校准的系统和方法的技术效果。

本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

一种进行相位校准的系统，包括：

测向天线阵；

校准装置，包括输入端和输出端，所述输入端与所述测向天线阵连接；

转台，包括第一端和第二端，所述第一端与所述输出端连接；

测向接收机，包括测向接收机内部通道及测向接收机处理器，所述测向接收机与所述第二端连接；

其中，在需要进行相位校准时，通过所述测向接收机控制所述校准装置发射射频校准信号，经过所述转台以及所述测向接收机内部通道发送至所述测向接收机处理器，通过所述测向接收机处理器对所述射频校准信号进行相位测量，获取所述系统的接收通道中除所述测向天线阵外的接收通道的相位适配误差，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差完成对所述除所述测向天线阵外的接收通道的相位校准。

在上述技术方案中，在测向天线阵和转台之间增加一个校准装置，使测向接收机通过转台向校准装置提供电源和发送校准控制信号，校准装置则根据校准控制信号，按预定的时序向各接收通道输入校准信号，测向接收机通过对校准信号进行处理，提取并存储各接收通道间的相位适配误差，不需要单独的校准天线，通过校准信号射频通道耦合实现除测向天线阵外的整个接收通道相位有线校准，减小了接收通道之间的相位适配误差，保证了系统测向精度满足指标要求，且用户可以根据需要在任意时刻启动校准流程，校准时机灵活，有效解决了现有技术中的相位校准方式存在普适性不高且校准精度较低的技术问题，实现在不增加专门的校准天线条件的前提下，提供一种方便实用、校准精度高及可实时进行动态校准的系统和方法的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

实施例一

请参考图1，为本申请实施例一中提供的一种进行相位校准的系统的结构示意图，所述系统包括：

测向天线阵10；

校准装置20，包括输入端和输出端，所述输入端与测向天线阵10连接；

转台30，包括第一端和第二端，所述第一端与所述输出端连接；

测向接收机40，包括测向接收机内部通道及测向接收机处理器，测向接收机40与所述第二端连接；

其中，在需要进行相位校准时，通过测向接收机40控制校准装置20发射射频校准信号，经过转台30以及所述测向接收机内部通道发送至所述测向接收机处理器，通过所述测向接收机处理器对所述射频校准信号进行相位测量，获取所述系统的接收通道中除测向天线阵10外的接收通道的相位适配误差，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差完成对所述除测向天线阵10外的接收通道的相位校准。

在具体实施过程中，所述系统具体可以是车载干涉仪测向系统，也可以是其他对相位一致性有要求的多通道接收系统，在本申请实施例中不作限制。

在本申请实施例一中，请参考图2，为本申请实施例一中校准装置20的结构框图，包括：

校准源，用于响应由所述测向接收机发送的校准控制信号，并按预定的时序输出校准信号；

功分器，用于将所述校准信号分为多路校准信号；

耦合器，用于将所述多路校准信号耦合至所述测向接收机，以供所述测向接收机进行校准处理。

在具体实施过程中，以校准装置20的通道数量为4个为例，校准装置20通过测向接收机40获取电源，所述功分器为等幅等相功分器，校准源响应来自测向接收机40的校准控制信号，按预定的时序输出校准信号，经过等幅等相功分器一分四后，分别通过耦合器进入对应的接收通道，为测向接收机提供校准激励信号。

在本申请实施例一中，转台30包括转台壳体、设置在所述转台壳体内的射频旋转关节和设置在所述转台壳体内的汇流环，其中，所述射频旋转关节及所述汇流环的上端口与所述第一端连接，所述第一端通过第一连接电缆与所述输出端连接，所述射频旋转关节及所述汇流环的下端口与所述第二端连接，所述第二端通过第二连接电缆与测向接收机40连接。

测向天线阵10通过第三连接电缆与校准装置20连接。

测向天线阵10的通道数量为第一预设值，校准装置20的通道数量为第二预设值，测向接收机40的通道数量为第三预设值，其中，所述第一预设值等于所述第二预设值，且所述第一预设值等于所述第三预设值。

在具体实施过程中，校准装置20的通道数量与测向天线阵10和测向接收机接收40的通道数量对应，若校准装置20的通道数量为4个，则测向天线阵10及测向接收机40的通道数量也应该为4个，如图3所示，为增加校准装置20后各部分之间的连接框图。

在具体连接过程中，测向天线阵10的端口通过一组射频电缆(用于对天线单元进行相位调整)与校准装置20连接；校准装置20通过连接线与转台30的第一端的接口连接，所述连接线具体可以为射频电缆和低频线缆，所述第一端的接口通过电缆与射频旋转关节和汇流环上端口连接；转台30的射频旋转关节和汇流环下端口通过电缆与转台30第二端的接口连接，所述第二端的接口通过射频电缆和低频线缆与测向接收机40的端口连接。

所述系统可以包括两种工作状态，正常工作状态及校准工作状态。当处于正常工作状态时，校准源不发送校准信号；当系统处于校准工作状态时，校准源输出射频校准信号通过耦合器进入馈线、射频旋转关节、测向接收机内部通道等接收通道，在测向接收机内对校准信号进行相位测量，提取并存储各通道之间的相位适配误差，完成对所述系统除测向天线外的整个接收通道相位校准。

实施例二

基于与本申请实施例一相同的发明构思，请参考图4，为本申请实施例二中提供的一种进行相位校准的方法的流程图，所述方法应用于本申请实施例一所述的系统中，包括：

S101：校准装置在接收到校准控制信号后，发送射频校准信号；

S102：测向接收机通过转台以及测向接收机内部通道接收所述射频校准信号，其中，所述测向接收机内部通道包括有N个接收通道，N为大于等于2的整数；

S103：所述测向接收机获取所述N个接收通道中每个接收通道接收的所述射频校准信号对应的相位值；

S104：所述测向接收机基于所述相位值，确定N-1个接收通道中每个接收通道与基准通道之间的相位差值为与所述N-1个接收通道对应的相位适配误差值，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差，完成对所述系统的接收通道中除测向天线阵外的接收通道的相位校准，其中，所述基准通道为从所述N个接收通道中确定的预设接收通道。

在具体实施过程中，所述系统具体可以是车载干涉仪测向系统，也可以是其他对相位一致性有要求的多通道接收系统，在本申请实施例中将以所述方法应用于车载干涉仪测向系统中为例，来对本申请实施例中的方法进行详细说明。

采用本申请实施例中的方法进行相位校准时，在执行步骤S101之前，所述方法还包括：

对所述测向天线阵的各天线单元进行相位方向图测试及相位调整，其中，所述各天线单元的端口连接有用于相位调整的射频电缆，通过调整所述射频电缆的长度以确保所述相位适配误差满足预设要求。

在具体实施过程中，要保证包含测向天线阵的整个接收通道的相位一致性，就要求车载干涉仪测向天线阵的各天线单元之间的相位一致性满足系统规定的指标要求。车载干涉仪的各天线单元之间彼此独立，采用相同设计和相同工艺，彼此之间的幅相差异较小，在天线单元完成基线安装构成天线阵后，可将测向天线阵放入微波暗室内对各天线单元的相位方向图进行测试，相位方向图测试端口为连接天线基线与校准装置的射频电缆端口，即连接至校准装置的输入端，测向天线及其相位测试端口示意图如图5所示，这样通过电缆配相可减小各测向天线单元之间的相位适配误差。由于天线单元为无源器件，且一旦安装好后一般不会再次变动，所以将天线在微波暗室进行配相调整结合相位方向图测试以减小天线之间的相位适配误差。

在执行完成上述步骤之后，本申请实施例中的方法便执行步骤S101，即：校准装置在接收到校准控制信号后，发送射频校准信号。

在本申请实施例二中，步骤S101的具体实现方式如下：

所述校准装置接收由所述测向接收机发送校准控制信号；

所述校准装置基于所述校准控制信号，按照预定的时序依次输出所述射频校准信号。

在具体实施过程中，沿用上述例子，当车载干涉仪测向系统启动后，可在任意时刻响应用户操作控制执行接收通道校准：用户通过测向系统终端软件发起校准命令，然后由测向接收机响应该命令并向校准装置输出校准控制信号，校准装置在接收到所述校准控制信号后，则按预定的时序依次输出校准信号。

在执行完成步骤S101之后，本申请实施例中的方法便执行步骤S102，即：测向接收机通过转台以及测向接收机内部通道接收所述射频校准信号，其中，所述测向接收机内部通道包括有N个接收通道，N为大于等于2的整数。

在具体实施过程中，沿用上述例子，当校准装置发射校准信号后，校准信号则经过校准装置的功分器、耦合器进入多路接收通道，然后由测向接收机内部接收通道发送至测向接收机处理器，此时，测向接收机则接收到多路校准信号。

在执行完成步骤S102之后，本申请实施例中的方法便执行步骤S103，即：所述测向接收机获取所述N个接收通道中每个接收通道接收的所述射频标准信号对应的相位值。

在具体实施过程中，沿用上述例子，当测向接收机接收到多路校准信号后，测向接收机处理器则进行信号处理，获取每个接收通道接收的校准信号的相位值。所述信号处理的具体过程与现有技术相同，在此就不再赘述了。

在执行完成步骤S103之后，本申请实施例中的方法便执行步骤S104，即：所述测向接收机基于所述相位值，确定N-1个接收通道中每个接收通道与基准通道之间的相位差值为与所述N-1个接收通道对应的相位适配误差值，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差，完成对所述系统的接收通道中除测向天线阵外的接收通道的相位校准，其中，所述基准通道为从所述N个接收通道中确定的预设接收通道。

在本申请实施例二中，步骤S104的具体实现方式如下：

所述测向接收机获取基准通道的通道标识，基于所述通道标识确定通道R为所述基准通道；

依次取i为1至N-1，确定所述第i个接收通道与通道R的第i个相位差值为所述第i个接收通道的相位适配误差值，在i为N-1时，获取N-1个相位适配误差值。

在具体实施过程中，沿用上述例子，当测向接收机获取每个接收通道接收的校准信号的相位值后，首先需要确定一个基准通道，所述基准通道与车载干涉仪的基线设计有关，例如，测向接收机处理器获取基线设计的相关信息，并根据基线设计中对基准通道的标识信息的相关描述，确定出一基准通道，当然也可以是通过其他方式确定出基准通道，在本申请实施例中不作限制。以通道1为基准通道为例，测向接收机处理器依次测量并存储通道2与通道1之间的相位差通道3与通道1之间的相位差通道4与通道1之间的相位差这些相位差值即为除测向天线外的整个接收通道之间的相位适配误差，在馈线、射频关节等安装完成，以及测向接收机内部通道状态固化后，各接收通道之间的相位适配误差就是一个比较固定的值。

在执行完成步骤S104之后，所述方法还包括：

在所述系统处于正常工作状态时，所述测向接收机通过所述N个接收通道接收目标辐射源信号，其中，在所述系统处于所述正常工作状态时，校准装置无校准信号输出；

所述测向接收机以所述通道R为基准通道，确定所述N-1个接收同道中的每个接收通道中的接收信号相位值与所述通道R中的接收信号相位值之差值，获取N-1个目标辐射源信号相位差值；

依次取i为1至N-1，所述测向接收机确定第i个目标辐射源信号相位差值与所述第i个接收通道的相位适配误差值的差值为所述第i个接收通道的实际相位差值，在i为N-1时，获取N-1个实际相位差值，从而完成对所述除测向天线阵外的接收通道的相位校准。

在具体实施过程中，沿用上述例子，当车载干涉仪测向系统获取各接收通道的相位适配误差值后，在车载干涉仪测向系统正常工作时，校准源无校准信号输出，接收通道内的信号为目标辐射源信号，测向接收机对辐射源信号进行综合处理，与处理校准信号类似，以通道1为基准，依次测量并存储通道2与通道1之间的相位差通道3与通道1之间的相位差通道4与通道1之间的相位差然后对辐射源信号相位差数据进行如下处理：

最终得到消除通道间相位适配误差引起的相位差后的辐射源信号相位差数据ΔΦ₁₂、ΔΦ₁₃、ΔΦ₁₄，由干涉仪测向原理可知经过校准处理后的相位差数据直接对应目标辐射源信号的入射角，从而完成对车载干涉仪测向系统的相位校准。

通过本申请实施例中的一个或多个技术方案，可以实现如下一个或多个技术效果：

由于本申请实施例中的技术方案，采用测向天线阵；校准装置，包括输入端和输出端，所述输入端与所述测向天线阵连接；转台，包括第一端和第二端，所述第一端与所述输出端连接；测向接收机，包括测向接收机内部通道及测向接收机处理器，所述测向接收机与所述第二端连接；其中，在需要进行相位校准时，通过所述校准装置在接收到校准控制信号后，发射射频校准信号，经过所述转台以及所述测向接收机内部通道发送至所述测向接收机处理器，通过所述测向接收机处理器对所述射频校准信号进行相位测量，获取所述系统的接收通道中除所述测向天线阵外的接收通道的相位适配误差，从而当所述系统在正常工作时，通过所述相位适配误差完成对所述除所述测向天线阵外的接收通道的相位校准的技术手段，这样，在测向天线阵和转台之间增加一个校准装置，使测向接收机通过转台向校准装置提供电源和发送校准控制信号，校准装置则根据校准控制信号，按预定的时序向各接收通道输入校准信号，测向接收机通过对校准信号进行处理，提取并存储各接收通道间的相位适配误差，不需要单独的校准天线，通过校准信号射频通道耦合实现除测向天线阵外的整个接收通道相位有线校准，减小了接收通道之间的相位适配误差，保证了系统测向精度满足指标要求，且用户可以根据需要在任意时刻启动校准流程，校准时机灵活，有效解决了现有技术中的相位校准方式存在普适性不高且校准精度较低的技术问题，实现在不增加专门的校准天线条件的前提下，提供一种方便实用、校准精度高及可实时进行动态校准的系统和方法的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。