专利名称：相控阵天线t/r组件的内定标方法
技术领域：
本发明涉及雷达相控阵天线技术领域，是一种监测相控阵天线T/R组件性能的方法。
背景技术：
相控阵天线的核心器件是收发组件(T/R组件)，相控阵天线的方向图是所有T/R 组件幅相特性合成的结果，每个T/R组件的性能都会对合成的方向图产生影响。相控阵天线通过控制每个T/R组件移相器的相位来控制波束扫描，通过控制每个T/R组件放大器来实现特定方向图的波束。在实际工作中，环境、温度改变和器件老化等因素会造成T/R组件幅相特性与设定值存在一定偏差，因此必须对每一个T/R组件的实际增益和相移进行监测。由于系统物理结构上的限制，监测相控阵天线性能时，来自所有T/R组件的定标信号要经功合器汇合后送入专门设备进行处理。对单个T/R组件的幅相特性进行监测的关键是采取措施从复合信号中分离出单个T/R组件的定标信号。定标的目的是通过采取一定措施、借助专门设备或特殊方法，来实现对雷达系统性能和关键参数的监测。利用雷达系统内部设备或信号处理方法(包括编码)实现监测， 即内定标；利用雷达系统外部设备(如地面角反射器、有源转发器等)实现监测，即外定标。 雷达系统内定标所要监测的一个关键参数就是T/R组件的工作情况。已知的一种T/R组件内定标方法是单个T/R组件通断法，即开启待测的那个T/R组件，关闭其余的T/R组件，这样复合定标信号即来自待测的那个T/R组件。这种方法的原理和信号处理都比较简单，但是，定标时电源负荷与实际工作时相差较大，此时的T/R组件幅相特性可能与全部组件都工作时的性能不同；由于复合信号是来自所有T/R组件的信号之和，若某些T/R组件由于老化或失效等原因无法关闭，则会给其它T/R组件的定标造成很大误差。因此，保持所有T/R 组件都正常工作的同时从复合信号中提取出单个T/R组件的信号是实现T/R组件定标的关键难点。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有技术问题，提出一种相控阵天线T/R组件的内定标方法，它可以不增加任何附加硬件，仅利用相控阵天线T/R组件自身的移相器，通过对T/R 组件信号编码、解码处理，达到在所有T/R组件都正常工作的实际情况下对单个T/R组件的性能进行监测的目的。为实现以上目的，本发明采用的技术解决方案是一种相控阵天线T/R组件内定标方法，其保持所有T/R组件都正常工作，在T/R组件定标过程中，以各T/R组件的数字移相器自身作为编码器，对经过各T/R组件的复信号进行空间和时间两个维度上的相位编码，对编码后得到的复合信号序列进行解码，最后即得到每个T/R组件的复信号。所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其包括下列操作
(1)同时对经过各个T/R组件的信号按照各自码序的第一个码字进行相位编码；(2)以相同比例抽取各T/R组件的信号，得到它们的复合信号；(3)更改各T/R组件的编码为各自码序中下一个码字，进行相位编码；(4)重复进行(2) (3)两步操作，得到多个复合信号；(5)对得到的多个复合信号进行解码，从而计算出每个T/R组件未经编码的信号， 即单个T/R组件的信号估值。所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其所述步骤⑴中的相位编码，是通过T/ R组件移相器实现，即使用移相器中产生180°相移的那一位作为编码器，接通产生180° 相移，代表编码为-1 ；断开产生0°相移，代表编码为1。所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其所述编码操作，是(1)对于不同的T/R组件，它们同时编码，它们的码字所组成的码序是编码矩阵的一行或一列；(2)对于同一 T/R组件，它在不同时刻的编码所组成的码序是编码矩阵的一列或一行。所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其所述编码矩阵(1)编码矩阵是Hadamard矩阵的子矩阵，且编码矩阵阶数等于T/R组件个数；(2)编码矩阵是从Hadamard矩阵的第二行、第二列开始的方阵。所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其所述步骤(5)中解码操作，是(1)解码矩阵是编码矩阵的逆矩阵；(2)解码操作是矩阵乘法运算，即用解码矩阵去乘以多次编码得到的复合信号所组成的列向量，其结果仍为一个列向量；(3)解码操作后得到的列向量的第一个元素对应第一个T/R组件的信号估值，第二个元素对应第二个T/R组件的信号估值，以此类推。本发明的有益效果是1)可以在所有T/R组件都工作的情况下监测单个组件的性能，电源负荷情况与正常成像时符合，因此对T/R组件性能的监测与实际情况十分接近；2)若某个T/R组件出现(其放大器或移相器不可控制)，用本方法得到的其它T/ R组件的测试结果不受影响。
图1是T/R组件的结构示意图，其中，T/R组件19、端口 11、移相器12、收发开关 13、高功率放大器14、环形器15、地面回波射频信号端口 16、低噪声放大器17、数控衰减器 18 ；图2是相控阵天线系统线路方框示意图，其中，T/R组件19、功分器和功合器21、 M、辐射单元22、定向耦合器23。
具体实施例方式本发明的相控阵天线T/R组件的内定标方法，保持所有T/R组件都正常工作，在T/ R组件定标过程中，以各T/R组件的数字移相器自身作为编码器，对经过各T/R组件的复信号(增益和相移)进行两个维度(空间和时间)上的相位编码，对编码后得到的复合信号序列进行解码，最后即可得到每个T/R组件的复信号。具体地讲，原则上任何正交码组都可用做本发明方法的编码。建议采用Hadamard 码组进行编码，因为该编码相对于其它编码而言具有更好的正交性。Hadamard码序是由1 和-1组成的正交编码序列。为了在不加入任何额外硬件的条件下提供这种编码，在本发明方法的一个方面， 使用T/R组件移相器中产生180°相移的那一位作为编码器，通过对该位的通断来实现编码。若编码为1，即在正常相移的基础上没有额外相移，则该位设定为产生T/R组件正常工作所需相移的那种状态；若编码为-1，即T/R组件的相移应在正常状态的基础上加入180° 的额外相移，则该位设定为产生T/R组件正常工作所需相移的那种状态的相反状态。首先对下文将要用到的符号进行说明N代表相控阵天线中T/R组件的个数；T代表依据T/R组件个数而选用的编码矩阵；Hn 代表 N 阶 Hadamard 矩阵；sn(t)代表第η个T/R组件的复信号(包括幅度和相位)，所有T/R组件的复信号组成向量S;t表示时间；t 代表编码矩阵T的第m行第η列元素；yk(t)代表第k次编码后得到的所有T/R组件复信号之和，各次编码得到的复信号之和组成向量Y。具体步骤如下。首先跟据T/R组件的个数N选择编码所用的Hadamard矩阵。 Hadamard矩阵维数要大于T/R组件的个数N，此外，还需要考虑两个因素(I)Hadamard矩阵的第一行或第一列不能用于编码，因为用它们进行编码会在某些情况下导致很大的定标误差(将在后面证明)；(2) Hadamard矩阵的维数是2的整数次幂(这是Hadamard矩阵的固有性质)。然后确定编码矩阵。两个维度上编码所用到的编码矩阵T是Hadamard矩阵的子矩阵，通常应该是从一个Hadamard矩阵的第二行第二列起的子矩阵。本发明所需编码的次数与T/R组件的个数相同，这样才能保证在解码后得到每个T/R组件的信号，即编码矩阵T 的维数等于T/R组件的个数N。两个维度的编码过程如下首先，对各个T/R组件的信号Sn(t)，η = 1，2，. . . N进行编码，即空间维度上的编码过程，所有T/R组件的码字tn，t12，. . . t1N构成编码矩阵T的第一行。根据相控阵天线系统的典型结构，这些编码后的T/R组件信号经过功合器后，成为一个复合信号Y1 (t) = tn · S1 (t) +t12 · S2 (t) +. · · +t1N · sN (t) (1)将该信号记录。然后，在时间维度上，对每个T/R组件进行多次编码。对于某一个 T/R组件而言，它在各次编码过程中用到的码序是编码矩阵T的一列。编码的次数与T/R组件的个数相同。每一次编码都会由功合器得到一个复合信号ym (t) = tml · S1 (t) +tm2 · S2 (t) +. · · +tmN · sN (t) (2)其中m = 1，2，. . . N，这些复合信号yi (t)，y2 (t)，. . .，yN(t)组成一个复合信号序列Y。整个编码过程用数学表达式表示如下
权利要求
1.一种相控阵天线T/R组件内定标方法，其特征在于保持所有T/R组件都正常工作， 在T/R组件定标过程中，以各T/R组件的数字移相器自身作为编码器，对经过各T/R组件的复信号进行空间和时间两个维度上的相位编码，对编码后得到的复合信号序列进行解码， 最后即得到每个T/R组件的复信号。
2.根据权利要求1所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其特征在于包括下列操作(1)同时对经过各个T/R组件的信号按照各自码序的第一个码字进行相位编码；(2)以相同比例抽取各T/R组件的信号，得到它们的复合信号；(3)更改各T/R组件的编码为各自码序中下一个码字，进行相位编码；(4)重复进行(2)(3)两步操作，得到多个复合信号；(5)对得到的多个复合信号进行解码，从而计算出每个T/R组件未经编码的信号，即单个T/R组件的信号估值。
3.根据权利要求2所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其特征在于所述步骤(1) 中的相位编码，是通过T/R组件移相器实现，即使用移相器中产生180°相移的那一位作为编码器，接通产生180°相移，代表编码为-1 ；断开产生0°相移，代表编码为1。
4.根据权利要求2或3所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其特征在于所述编码操作，是(1)对于不同的T/R组件，它们同时编码，它们的码字所组成的码序是编码矩阵的一行或一列；(2)对于同一T/R组件，它在不同时刻的编码所组成的码序是编码矩阵的一列或一行。
5.根据权利要求4所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其特征在于所述编码矩阵(1)编码矩阵是Hadamard矩阵的子矩阵，且编码矩阵阶数等于T/R组件个数；(2)编码矩阵是从Hadamard矩阵的第二行、第二列开始的方阵。
6.根据权利要求2所述的相控阵天线T/R组件内定标方法，其特征在于所述步骤(5) 中解码操作，是(1)解码矩阵是编码矩阵的逆矩阵；(2)解码操作是矩阵乘法运算，即用解码矩阵去乘以多次编码得到的复合信号所组成的列向量，其结果仍为一个列向量；(3)解码操作后得到的列向量的第一个元素对应第一个T/R组件的信号估值，第二个元素对应第二个T/R组件的信号估值，以此类推。
全文摘要
本发明公开了了一种相控阵天线T/R组件的内定标方法，涉及雷达相控阵天线技术，对T/R组件信号按照选定码序进行相位编码解码等操作。本发明方法能在所有T/R组件都正常工作的情况下，从所有T/R组件的复合信号中提取出任一T/R组件的增益和相移信息，从而实现对单个T/R组件性能的监测。
文档编号G01R29/10GK102313847SQ20101022257
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者王朔, 祁海明, 禹卫东 申请人:中国科学院电子学研究所