本发明属于二次雷达技术领域，具体地说，尤其涉及一种二次雷达宽带有源相控阵系统及其动态校准方法。
背景技术：
二次雷达宽带有源相控阵通过有源相控阵体制进行通道的波束控制，以在空中合成发射波束和接收波束。由于天线指标对整个二次雷达系统的性能具有关键作用，为保证设计波束的低副瓣、提高分辩能力，在设计天线波束指标时需要综合考虑天线及射频通道系统的特点和使用环境来进行指标的分配。为保证有源相控阵多个通道的幅度和相位一致性，需要对有源相控阵的接收通道和发射通道进行校准，以获得良好的性能设计指标。二次雷达系统在接收信号时，除接收正常的目标回波即期望信号外，还会同时接收反射信号等干扰信号。干扰信号与期望信号发生叠加，会影响对目标信号的检测。在二次雷达处理时，需要提取期望信号，以得到目标的参数信息。
现有二次雷达宽带有源相控阵一般采用只在开机时进行宽带初始校准，宽带校准的参数特别是增益一般范围较大，初始校准完成后一般不再进行校准工作。通道一般采用收发控制，存在通道之间的相互耦合，另外由于随工作时间的推移设备工作温度、工作点、通道幅度、通道相位等会发生变化，造成通道幅度和通道相位的一致性误差发生变化，由于通道幅度和通道相位的一致性误差变化，会使波束指向、发射接收信号电平、旁瓣电平等的变化，造成误差大，影响二次雷达系统的探测性能。
技术实现要素：
为解决以上问题，本发明提供了一种二次雷达宽带有源相控阵系统及其动态校准方法，用以实现低副瓣的恒定波束和矢量权值系数快速改变，进而实现收发通道的动态校准。
根据本发明的一个方面，提供了一种二次雷达有源相控阵动态校准方法，包括：
在接收到校准请求指令后，通过所述有源相控阵中的各通道向各天线单元发射不同预设工作条件下的宽带第一射频信号，以通过所述有源相控阵中任一通道发射的宽带第一射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道发射宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对所述有源相控阵中的通道进行发射动态校准；和/或
在接收到校准请求指令后，从各天线单元接收不同预设工作条件下的宽带第二射频信号，以通过所述有源相控阵中任一通道接收的宽带第二射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对所述有源相控阵中的通道进行接收动态校准。
根据本发明的一个实施例，以所述有源相控阵中任一通道发射的宽带第一射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对所述有源相控阵中的通道进行发射动态校准，进一步包括：
在预设工作条件下，分别获取所述有源相控阵中所有通道发射的所述宽带第一射频信号的幅度和相位；
以所述有源相控阵中通过任一通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通过其余通道发射的所述宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以使得通道发射的宽带第一射频信号的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内；
基于调整后的幅度和相位复加权矢量生成相应通道的波束控制码；
根据所述波束控制码对相应通道的发射波束进行控制；
在所有预设工作条件下，基于预定顺序，按照以上方法分别对所有通道进行发射动态校准。
根据本发明的一个实施例，在对所述有源相控阵中的通道进行发射动态校准时，控制每个通道的开关状态和信号时序，以使得每一次发射所述宽带第一射频信号时只有一个通道处于发射状态。
根据本发明的一个实施例，以所述有源相控阵中任一通道接收的所述宽带第二射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对所述有源相控阵中的通道进行接收动态校准，进一步包括：
在预设工作条件下，分别获取所述有源相控阵中所有通道接收的所述宽带第二射频信号的幅度和相位；
以所述有源相控阵中通过任一通道接收的第二射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通过其余通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以使得通道接收的第二射频信号的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内；
基于调整后的幅度和相位复加权矢量生成相应通道的波束控制码；
根据所述波束控制码对相应通道的接收波束进行控制；
在所有预设工作条件下，基于预定顺序，按照以上方法分别对所有通道进行接收动态校准。
根据本发明的一个实施例，在对所述有源相控阵中的通道进行接收动态校准时，控制每个通道的开关状态和时序控制，以使得每一次接收宽带第二射频信号时只有一个通道处于接收状态。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种二次雷达有源相控阵系统，包括：
天线阵列，其配置有呈阵列排布的多个天线单元，用于发射宽带第一射频信号，或接收宽带第二射频信号；
通道阵列，其配置有与所述天线阵列中的各天线单元一一对应的通道，用于向所述天线阵列发射宽带第一射频信号，或从所述天线阵列接收宽带第二射频信号；
校准源，其配置为与所述通道阵列中的各通道耦合连接，在接收到校准请求指令后，用于接收通过各通道发射的宽带第一射频信号和发射用于所述天线阵列接收的宽带第二射频信号；
信号处理校准单元，其配置为在接收到校准请求指令后，以通过所述有源相控阵中任一通道发射的宽带第一射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道发射宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对所述有源相控阵中的通道进行发射动态校准；
或以通过所述有源相控阵中任一通道接收的宽带第二射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对所述有源相控阵中的通道进行接收动态校准。
根据本发明的一个实施例，所述校准源进一步包括：
接收模块，其配置为与所述通道阵列中的各通道耦合连接，用于接收通过各通道发射的宽带第一射频信号和或发射宽带第二射频信号；
存储模块，其配置为存储宽带第一射频信号以及宽带第二射频信号的幅度和相位、预设工作状态、通道初始分布值、通道测试值；
标准通道，其配置为用于接收所述宽带第一射频信号和发射用于所述天线阵列接收的宽带第二射频信号；
标准天线，其配置为进行宽带第二射频信号发射以使天线阵列进行接收。
根据本发明的一个实施例，所述信号处理校准单元进一步包括：
监测模块，其配置为监测所有通道的性能影响参数，并在监测到性能影响参数发生变化时，发出所述校准请求指令；
计算模块，其配置为根据各通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位，或接收的宽带第二射频信号的幅度和相位，计算相应通道的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内；
通道校准模块，其配置为在所有预设工作条件下，以通过所述有源相控阵中任一通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通过其余通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以使得波束合成恒定，偏差在预定范围内；
或以所述有源相控阵中通过任一通道接收的第二射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通过其余通道接收的宽带第二射频信号的幅度复加权矢量和相位复加权矢量，以使得波束合成恒定，偏差在预定范围内；
控制码形成模块，其配置为基于调整后的幅度和相位复加权矢量生成波束控制码，根据所述波束控制码对相应通道的发射波束或接收波束进行控制。
根据本发明的一个实施例，还包括：
故障检测单元，其配置为根据各通道的发射的宽带第一射频信号和通过各通道的接收的宽带第二射频信号的检测，确定各通道是否发生故障；
冗余配置单元，其配置为在检测到有通道发生故障时，将冗余通道接入所述系统以代替故障通道。
根据本发明的一个实施例，还包括：
控制单元，其配置为对所述系统的预设工作条件进行设置以及对通道的信号时序进行控制；
电源管理单元，其配置为根据不同的预设工作条件，对每一通道的电源进行时序控制和通断电控制。
本发明的有益效果：
本发明考虑影响收发通道性能的因素，对系统中的各收发通道的幅相校准进行了动态校准、恒定波束处理、电源及信号时序控制等措施，通过矢量权值系数快速改变和收发通道的动态校准，形成低副瓣的恒定波束，提高波束的指向精度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明的一个实施例的一种二次雷达有源相控系统结构图；
图2是根据本发明的一个实施例的一种二次雷达有源相控阵动态校准方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
第一实施例
根据本发明的一个方面，提供了一种二次雷达有源相控阵系统，如图1所示为根据本发明的一个实施例的一种二次雷达有源相控系统结构图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。
如图1所示，该二次雷达有源相控阵系统，包括天线阵列、通道阵列、校准源和信号处理校准单元。其中，天线阵列配置有呈阵列排布的多个天线单元，用于发射宽带第一射频信号，或接收宽带第二射频信号。此处的宽带第一射频信号表示天线阵列中各天线单元发射的宽带射频信号，在进行通道发射状态校准时，通过各天线单元发射相同的宽带第一射频信号。同理，宽带第二射频信号表示天线阵列中各天线单元接收的宽带射频信号。
通道阵列配置有与天线阵列中的各天线单元一一对应的通道，用于向天线阵列发射宽带第一射频信号，或从天线阵列接收宽带第二射频信号。具体的，一天线单元对应一通道。由于各种因素的影响，同一射频信号经各通道传输后的幅度和相位会发生变化。所以，宽带第一射频信号通过各通道传输，并由相应天线单元发射后的宽带第一射频信号的相位和幅度会发生变化。
校准源配置为与通道阵列中的各耦合通道连接，在接收到校准请求指令后，用于接收通过各通道发射的宽带第一射频信号和发射用于天线阵列接收的宽带第二射频信号。具体的，校准源与通道阵列中的各通道耦合单元连接，校准时：在发射状态时接收经过各通道耦合后的宽带第一射频信号，在接收状态时发射宽带第二射频信号。
信号处理校准单元配置为在接收到校准请求指令后，以通过有源相控阵中任一通道发射的宽带第一射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道发射宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对有源相控阵中的通道进行发射动态校准。具体的，虽然通过各通道发射相同的宽带第一射频信号，但由于各通道自身的影响，该宽带第一射频信号在通过相应通道后的相位和幅度会发生变化。同理，通过各通道接收相同的宽带第二射频信号，由于各通道自身的影响，该宽带第二射频信号的相位和幅度也会发生变化。该信号处理校准单元就是对各通道传输的信号进行发射校准和接收校准进行信号处理，用于控制阵列通道传输信号的幅相一致性指标，实现发射波束和接收波束的低副瓣和波束方向的快速改变，保证天线波束的性能，提高系统的性能。
在本发明的一个实施例中，该校准源进一步包括接收模块、存储模块、标准通道和标准天线。其中，接收模块配置为与通道阵列中的各耦合通道连接，用于接收通过各通道的发射的宽带第一射频信号和发射宽带第二射频信号。存储模块配置为存储接收模块接收的各通道发射的宽带第一射频信号以及发射的宽带第二射频信号的幅度和相位、预设工作状态、通道初始分布值、通道测试值等参数。标准通道配置为发射用于接收宽带第一射频信号和发射所述天线阵列接收的宽带第二射频信号。标准天线配置为发射宽带第二射频信号，以使天线阵列进行接收。也就是说，该校准源用于接收待校准的信号，发射测试用的标准信号。
在本发明的一个实施例中，该信号校准单元进一步包括监测模块、计算模块、通道校准模块和控制码形成模块。其中，监测模块配置为监测所有通道的性能影响参数，并在监测到性能影响参数发生变化时，发出校准请求指令。具体的，监测工作温度、工作频率、工作状态等影响通道性能的参数，在监测到这些参数发生变化时，监测模块即发出通道校准指令。系统的各部分结构在接收到该校准指令后，即开始进行通道校准。
计算模块配置为根据各通道发射的宽带第一射频信号，或各通道接收的宽带第二射频信号计算各个通道的幅度和相位，计算相应通道的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内。
通道校准模块配置为在所有预设工作条件下，以通过有源相控阵中任一通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以使得通道发射的宽带第一射频信号的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内；或以有源相控阵中通过任一通道接收的第二射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通过其余通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以使得通道接收的第二射频信号的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内。
具体的，通道校准模块以基于有用合成功率最大干扰最小规则和波束恒定在预定范围内为约束条件，基于发射或接收的射频信号的幅度和相位以及与基准通道幅度和相位的偏差进行建模，从而得到各通道中射频信号的幅度和相位复加权矢量。然后利用有用合成功率最大干扰最小规则和波束恒定在预定范围内为约束条件对各通道的幅度和相位复加权矢量进行调整，使得各通道的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内。
控制码形成模块配置为基于调整后的幅度和相位复加权矢量生成波束控制码，根据波束控制码对相应通道的发射波束或接收波束进行控制。
在本发明的一个实施例中，该系统还包括故障检测单元和冗余配置单元。具体的，故障检测单元配置为根据各通道发射的宽带第一射频信号和接收的宽带第二射频信号的检测，确定各通道是否发生故障。冗余配置单元配置为在检测到有通道发生故障时，将冗余通道接入所述系统以代替故障通道。这样，通过建立冗余收发通道，可以提高系统的健壮性。
在本发明的一个实施例中，该系统还包括控制单元和电源管理单元。其中，控制单元配置为对系统的预设工作条件进行设置，例如可以对系统的工作模式、工作状态、工作频率、能量分配、信号耦合度、矢量加权等进行设置。
当系统的预设工作条件发生变化时，应当重新进行通道的校准，产生的宽带第一射频信号和宽带第二射频信号，根据模式、工作状态等信号的格式可以不同。
电源管理单元配置为根据不同的预设工作条件，对每一通道的电源进行时序控制和通断电控制，从而有利于对每个通道的控制。
本发明考虑影响收发通道性能的因素，对系统中的各通道进行发射和接收幅相校准，可以形成低副瓣的恒定波束和矢量权值系数快速改变，从而实现通道的动态校准。
第二实施例
根据本发明的另一个方面，还提供了一种二次雷达有源相控阵动态校准方法，如图2所示为根据本发明的一个实施例的一种二次雷达有源相控阵动态校准方法流程图，以下参考图2来对本方法进行详细说明。
在步骤S110中，在接收到校准请求指令后，通过有源相控阵中的各通道向各天线单元发射不同预设工作条件下的宽带第一射频信号，以通过有源相控阵中任一通道发射的宽带第一射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道发射宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对有源相控阵中的通道进行发射动态校准。具体的，在接收到校准请求指令后，通过有源相控阵中的各个通道分别发射相同的宽带第一射频信号。
通常，在系统开机工作时，控制单元首先向系统置入工作状态、工作模式、天线分布参数、耦合度等设置参数。信号处理校准单元接收后进行包括控制通道及地址分配、阵元数、阵元间距等配置，并且从存储器的配置文件中读取相关数据。控制单元对工作状态、工作模式等进行设置的同时，对设置及处理等信息进行显示，便于对校准的效果、图形等进行掌握，调整不同的工作状态、工作模式、工作点等参数，使系统按照设定的流程对整个阵面的通道进行校准。
之后对有源相控阵中的通道进行发射动态校准，控制每个通道的开关状态和信号时序，以使得每一次发射宽带第一射频信号时只有一个通道处于发射状态。这样可以减小通道之间的耦合影响。
对有源相控阵中的通道进行发射动态校准时，具体包括以下几个步骤。首先，在预设工作条件下，分别获取有源相控阵中所有通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位。宽带第一射频信号表示天线阵列中各天线单元发出的射频信号，并且在发射校准时，各天线单元发射相同的宽带第一射频信号。
接着，以有源相控阵中通过任一通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通道发射的宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量，以使得通道发射的宽带第一射频信号的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内。
具体的，通道校准模块以基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则为约束条件，基于接收射频信号的幅度和相位以及与基准通道幅度和相位的偏差进行建模，从而得到各通道中宽带第一射频信号的幅度和相位复加权矢量。然后利用复加权矢量对各通道的幅度和相位进行调整，使得幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内。
接着，基于调整后的幅度复加权矢量和相位复加权矢量生成相应通道的波束控制码。
接着，根据波束控制码对相应通道的发射波束进行控制。
最后，在所有预设工作条件下，基于预定顺序，按照以上方法完成发射动态校准。
在校准的同时会检测通道是否故障，如果故障通道出现，则启用冗余通道，重新进行参数配置后再重新进行校准。
在步骤S120中，在接收到校准请求指令后，从各天线单元接收不同预设工作条件下的宽带第二射频信号，以通过有源相控阵中任一通道接收的宽带第二射频信号为基准，基于预定规则调整通过其余通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对有源相控阵中的通道进行接收动态校准。
通常在系统开机工作，并对系统各部分进行参数设定后，在接收到校准请求指令后对通道进行接收动态校准。对有源相控阵中的通道进行接收动态校准时，以通过有源相控阵中任一通道接收的宽带第二射频信号为基准，基于预定规则调整通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以对有源相控阵中的通道进行接收动态校准。
在对有源相控阵中的通道进行接收动态校准时，控制每个通道的开关状态和信号时序，以使得每一次接收宽带第二射频信号时只有一个通道处于接收状态，这样可以减小通道之间的耦合影响。
对有源相控阵中的通道进行接收动态校准时，具体包括以下几个步骤。首先，在预设工作条件下，分别获取有源相控阵中所有通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位。宽带第二射频信号表示天线阵列中各天线单元接收的射频信号。
接着，以有源相控阵中通过任一通道接收的第二射频信号的幅度和相位为基准，基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则，调整通道接收的宽带第二射频信号的幅度和相位复加权矢量，以使得通道接收的第二射频信号的幅度偏差和相位偏差调整后使波束恒定在预定范围内。
具体的，通道校准模块以基于有用合成功率最大干扰最小规则和范围恒定规则为约束条件，基于通过各通道接收的所有宽带第二射频信号的幅度和相位以及与基准通道幅度和相位的偏差进行建模，从而得到各接收通道中射频信号的幅度和相位复加权矢量。然后利用复加权矢量对各通道的幅度和相位进行调整使波束恒定在预定范围内。
接着，基于调整后的幅度和相位复加权矢量生成相应通道的波束控制码。
接着，根据波束控制码对相应通道的接收波束进行控制。
最后，在所有预设工作条件下，基于预定顺序，按照以上方法完成接收动态校准。
在校准的同时会检测通道是否故障，如果故障通道出现，则启用冗余通道，重新进行参数配置后再重新进行校准。
步骤S110和步骤S120的顺序可以互换，具体执行步骤可以根据工作状态进行设定。
本发明考虑影响收发通道性能的因素，基于有用合成功率最大干扰最小规则和波束恒定在预定范围内对系统中的各通道进行幅相校准，可以实现低副瓣的恒定波束和矢量权值系数快速改变，从而实现通道的动态校准，提高波束指向精度。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。