本发明涉及通信、雷达、声纳工程领域，具体是一种数模混合功率动态分配网络及其校准方法，广泛适用于通信、雷达、声纳工程领域，特别是需要功率动态分配多输入多输出系统和发射波束形成网络等工程应用。
背景技术：
：移动通信系统一般采用多个点波束实现广域覆盖，达到增强辐射增益、支持小终端移动通信业务的目的，如典型的Thuraya通信卫星形成245个点波束，Imarsat4通信卫星形成228个点波束。由于在不同波束覆盖区内人口分布、经济发展不均衡，导致不同波束通信业务量分布也不均衡，为充分利用卫星有限的发射功率资源，移动通信卫星系统的下行链路采用功率动态分配网络，实现每波束的发射功率能根据通信业务量需求自适应分配；功率动态分配网络同时也适用于声纳、雷达等多输入输出网络。功率动态分配网络要求每个通道的幅度和相位完全一致，否则会导致波束信号间产生互耦，极大的影响系统性能，所以工程中必须要对通道幅度和相位一致性进行校准。目前常见的功率动态分配网络都是基于模拟Butler矩阵和功率放大器组成，其缺点通道间存在耦合，导致信号间相互串扰，并且很难进行实时在线校准。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种数模混合功率动态分配网络及其校准方法，以解决上述
背景技术：
中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数模混合功率动态分配网络及其校准方法，所述数模混合功率动态分配网络包括数字处理器件和模拟器件，数字处理器件内设置输入信号获取模块、数字波束形成网络模块、输入Butler矩阵模块、校准信号耦合模块、幅相误差补偿模块和通道幅相误差测量及校准模块；所述模拟器件内设置频综及混频模块、放大模块和输出Butler模块；所述频综及混频模块内设置放大及功分模块、频综模块；输入信号获取模块与数字波束形成网络模块通讯连接，数字波束形成网络模块与输入Butler矩阵模块通讯连接，输入Butler矩阵模块采集输入信号且与校准信号耦合模块连接，校准信号耦合模块与幅相误差补偿模块连接，幅相误差补偿模块连接与频综及混频模块连接，频综及混频模块与放大模块连接，放大模块与输出Butler矩阵模块连接，输出Butler矩阵模块输出信号，且与通道幅相误差测量及校准模块连接。作为本发明进一步的方案：所述输入Butler矩阵模块、输出Butler矩阵模块的输入输出端口数量为2n,n为自然数，取4、8或16。作为本发明再进一步的方案：输入信号获取模块、数字波束形成网络模块、输入Butler矩阵模块、校准信号耦合模块、幅相误差补偿模块、通道误差测量及校准模块在数字处理器件中实现，数字处理器件采用FPGA或ASIC芯片。作为本发明再进一步的方案：校准信号采用正交伪随机码，用正交零相关(Zero-CorrelationZone,ZCZ)序列作为校准信号，码长取1024的整倍数，用1024、2048、4096。作为本发明再进一步的方案：校准信号采用N路正交伪随机码簇，用正交零相关(ZCZ)序列簇，其中N等于功率动态分配网络的输入端口数，并且校准信号在输入Butler后耦合输入。作为本发明再进一步的方案：在输出Butler的一个输出端口耦合校准信号S4out，耦合信号的功率比输出信号功率低10dB以上，并输入到通道幅相误差测量及校准模块中，通道幅相误差测量及校准模块用本地原码和S4out进行相关，得到多通道幅度和相位响应函数。作为本发明再进一步的方案：所述频综模块的混频器和放大模块的功率放大器采用模拟器件实现，混频器的本振信号由同一个频率源经过放大、功分网络得到以保证各通道频率一致。作为本发明再进一步的方案：所述输出Butler矩阵模块采用微带线LTCC网络实现，输入Butler矩阵模块采用数字方式实现，输入Butler矩阵和输出Butler矩阵互为酉矩阵。作为本发明再进一步的方案：输入信号在输入Butler矩阵模块输入Butler矩阵之后进行通道校准。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种高性能按需分配输出功率的数模混合功率动态分配网络，混频器的载波信号由同一个频综输出信号通过功分器得到：输出Butler矩阵采用LTCC网络实现，校准信号采用N路正交伪随机码的正交特性，实现校准信号间的解耦，利用正交伪随机码具有高自相关增益特性，工程中通过降低校准信号的发射频率，使得校准的同时不影响正常通信性能，从而满足移动通信实时不间断通信的需求；通道误差校准和输入Butler矩阵在数字处理器件中实现，使得整个系统具有优异的性能；混频器的载波信号由同一个信号通过功分器得到，使得整个系统频率稳定性保持一致；本发明的动态分配网络具有按需分配输出功率、在线实时测量通道幅度和相位误差、在线实时对通道误差进行校准等特点，具有优异的性能；本发明使得功率动态分配网络具有优异的输入输出性能和频率一致性性能，同时系统校准不影响电路的正常性能。附图说明图1为本发明的结构示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1，本发明实施例中，一种数模混合功率动态分配网络及其校准方法，其特征在于：所述数模混合功率动态分配网络包括数字处理器件和模拟器件，数字处理器件内设置输入信号获取模块、数字波束形成网络模块、输入Butler矩阵模块、校准信号耦合模块、幅相误差补偿模块和通道幅相误差测量及校准模块；所述模拟器件内设置频综及混频模块、放大模块和输出Butler模块；所述频综及混频模块内设置放大及功分模块、频综模块；频综模块设置上变频模块、放大模块设置功率放大器；输入信号获取模块与数字波束形成网络模块通讯连接，数字波束形成网络模块与输入Butler矩阵模块通讯连接，输入Butler矩阵模块采集输入信号且与校准信号耦合模块连接，校准信号耦合模块与幅相误差补偿模块连接，幅相误差补偿模块连接与频综及混频模块连接，频综及混频模块与放大模块连接，放大模块与输出Butler矩阵模块连接，输出Butler矩阵模块输出信号，且与通道幅相误差测量及校准模块连接；上变频器和输出Butler矩阵为酉矩阵，输入Butler矩阵模块的输入Butler矩阵用数字方式实现，输出Butler矩阵模块的输出Butler矩阵采用LTCC微带线实现，输出Butler矩阵属于无源器件，在长时间工作条件下，其性能基本保持不变，输出Butler矩阵船体函数为：Bin=1-j-j-1-j-11-j-j1-1-j-1-j-j1;]]>输出Butler矩阵和输入Butler矩阵互为酉矩阵，混频器和功率放大器的传递函数为一单位阵：其中，ai，分别为第i通道的幅度和相位响应；则得到功率动态分配网络的传递函数为：Sout＝Bout×A×Bin×Sin(1)其中，Sin＝[S1inS2inS3inS4in]＇、Sout＝[S1outS2outS3outS4out]＇分别为输入、输出信号，由式(1)式可得：S1out＝(A1+A2+A3+A4)S1in+(－jA1－jA2+jA3+jA4)S2in+(－jA1+jA2－jA3+jA4)S3in+(－A1+A2+A3－A4)S4in；S2out＝(jA1+jA2－jA3－jA4)S1in+(A1+A2+A3+A4)S2in+(A1－A2－A3+A4)S3in+(－jA1+jA2－jA3+jA4)S4in；S3out＝(jA1－jA2+jA3－jA4)S1in+(A1－A2－A3+A4)S2in+(A1+A2+A3+A4)S3in+(－jA1－jA2+jA3+jA4)S4in；S4out＝(－A1+A2+A3－A4)S1in+(jA1－jA2+jA3－jA4)S2in+(jA1+jA2－jA3－jA4)S3in+(A1+A2+A3+A4)S4in；(2)由式(2)得到，当A1＝A2＝A3＝A4＝A时，S1out＝4A×S1in；S2out＝4A×S2in；S3out＝4A×S3in；S4out]＝4A×S4in；(3)即，功率动态分配网络每个通道的有源部件的幅度和相位一致时，得到输出信号如式(3)所示是解耦的，并且根据输入信号功率大小自动分配系统的总功率，否则输出信号如式(2)所示是耦合的；因此，在功率动态分配网络中必须对有源功率部件进行校准，保证每个通道的幅度和相位一致。分别用校准信号(S1in、S2in、S3in、S4in)和式2得到的输出信号作相关，当校准信号为相互序列，即S1in、S2in、S3in、S4in相互正交，得到：S4out⊗S1in*=(-A1+A2+A3-A4)S1in⊗S1in*=(-A1+A2+A3-A4)PS1in]]>S4out⊗S2in*=(A1-A2+A3-A4)ejπ2S2in⊗S2in*=(A1-A2+A3-A4)ejπ2PS2in]]>S4out⊗S3in*=(A1+A2-A3-A4)ejπ2S3in⊗S3in*=(A1+A2-A3-A4)ejπ2PS3in]]>S4out⊗S4in*=(A1+A2+A3+A4)S4in⊗S4in*=(A1+A2+A3+A4)PS4in---(4)]]>当输入校准信号的功率相同，即由式(4)得出：A1=12[(-S4out⊗S1in*+e-jπ2S4out⊗S2in*)+(e-jπ2S4out⊗S3in*+S4out⊗S4in*)]]]>A2=12[-(-S4out⊗S1in*+e-jπ2S4out⊗S2in*)+(e-jπ2S4out⊗S3in*+S4out⊗S4in*)]]]>A3=12[(S4out⊗S1in*+e-jπ2S4out⊗S2in*)+(-e-jπ2S4out⊗S3in*+S4out⊗S4in*)]]]>A4=12[-(S4out⊗S1in*+e-jπ2S4out⊗S2in*)+(-e-jπ2S4out⊗S3in*+S4out⊗S4in*)]---(5)]]>由式(5)得到通道有源部件的幅向分布。其中，输入输出端口数为2n，n为自然数，通常取4、8或16；校准信号采用N路正交伪随机码，通常取零相关(Zero-CorrelationZone，ZCZ)序列作为校准信号或正交Walsh码，正交码长度通常取1024的整数倍，如1024、2048或4096等，其中N等于功率动态分配网络的输入端口数；在功率动态分配网络的最后一个输出端口耦合一路校准信号，耦合的校准信号S4out输入到通道幅相误差测量及校准模块中，通道幅相误差测量及校准模块根据式(4)依次用本地原码(如ZCZ码族)和S4out进行相关，得到多通道幅度和相位响应函数；通道幅相误差测量及校准模块根据式(5)计算得到每个通道幅度和相位估计值，并对其作多次平均消除白噪声对估计精度的影响，平均次数常取16或32；计算幅度、相位估计值与理想值之间得到幅相误差，并在数字处理芯片中根据幅相误差测量值进行补偿。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页1 2 3