相控阵雷达幅相校准方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及相控阵雷达技术领域，特别涉及一种相控阵雷达幅相校准方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.相控阵雷达对于天线阵面的各个单元的幅度和相位的精度要求较高，通常需要使天线阵面的各个单元的实际幅相分布，与理论幅相分布保持一致。然而，由于相控阵雷达的工作坏境恶劣，且随着工作时间的增加，相控阵雷达的各个有源器件逐渐老化，导致相控阵雷达的天线阵面的各个单元的幅相分布与理论幅相分布的一致性变差，造成相控阵雷达波束指向发生偏离、波束展宽、副瓣恶化等问题，因此对相控阵雷达的天线阵面的各个单元的幅相分布进行校正是十分重要的。
3.目前，通常通过互耦校准法和天线阵面外辅助天线法来实现对相控阵雷达的幅相分布进行校准。然而，互耦校准法要求相控阵雷达的天线阵面的各个相邻的单元必须能够独立工作于接收与发射状态，而大多数相控阵雷达不能满足这个条件，因而无法使用互耦校准法进行校准；而天线阵面外辅助天线法，则需要在天线阵面外的固定位置架设辅助天线，利用近场耦合进行校准，但是这种校准方法对于辅助天线的固定位置要求严格，并且长期恶劣的外部环境可能会导致辅助天线的位置发生变化，导致校准结果有误。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种相控阵雷达幅相校准方法，能够提高校准精度，并且具有更高的适用性。
5.本发明还提出一种包括上述相控阵雷达幅相校准方法的相控阵雷达幅相校准装置。
6.本发明还提出一种包括上述相控阵雷达幅相校准方法的存储介质。
7.根据本发明第一方面实施例的相控阵雷达幅相校准方法，包括以下步骤：响应于校准指令，利用无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数；根据所述实际幅相参数、预设的理论幅相参数和预设的误差公式，计算得到幅相误差；根据所述幅相误差，对每一个与所述天线阵元连接的收发单元进行幅度补偿和相位补偿。
8.根据本发明实施例的相控阵雷达幅相校准方法，至少具有如下有益效果：利用无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数，并基于实际幅相参数得到相应的幅相误差，从而对每一个收发单元进行幅度补偿和相位补偿，而由于无源辐射单元安装在相控阵雷达的天线阵面内，外界恶劣的环境难以改变无源辐射单元的相对位置，因此，通过该方法有利于采集得到更准确的参数，从而提高校准精度。此外，该方法对于硬件要求较低，无需各个相邻的天线阵元独立工作于接收与发射状态，从而还具有更高的适用性，并且能够降低校准成本。
9.根据本发明的一些实施例，所述实际幅相参数包括第一幅相发射参数，所述校准
指令包括发射指令，所述响应于校准指令，利用无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数，包括以下步骤：响应于所述发射指令，控制所有所述天线阵元依次发射第一测试信号；当所有所述天线阵元依次发射所述第一测试信号，控制所述无源辐射单元依次接收所有所述第一测试信号；根据所述无源辐射单元接收的每一个所述第一测试信号，获取每一个所述天线阵元的所述第一幅相发射参数。通过无源辐射单元采集天线阵元发射的第一测试信号，以便于从第一测试信号提取得到天线阵元的第一幅相发射参数，有利于提高参数的准确性，从而提高校准精度。
10.根据本发明的一些实施例，所述理论幅相参数包括第二幅相发射参数，所述幅相误差包括幅相发射误差。通过第二幅相发射参数和采集得到的更准确的第一幅相发射参数，从而计算得到准确的幅相发射误差，有利于提高校准精度。
11.根据本发明的一些实施例，所述实际幅相参数包括第一幅相接收参数，所述校准指令包括接收指令，所述响应于校准指令，利用无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数，包括以下步骤：响应于所述接收指令，控制所述无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，其中，n大于或等于所述天线阵元的数量；当所述无源辐射单元依次发射n个所述第二测试信号，控制所有所述天线阵元依次接收所述第二测试信号；根据每一个所述天线阵元接收的所述第二测试信号，获取每一个所述天线阵元的所述第一幅相接收参数。通过无源辐射单元发射第二测试信号，并由天线阵元接收该第二测试信号，以便于从第二测试信号提取得到天线阵元的第一幅相接收参数，有利于提高参数的准确性，从而提高校准精度。
12.根据本发明的一些实施例，所述理论幅相参数包括第二幅相接收参数，所述幅相误差包括幅相接收误差。通过第二幅相接收参数和采集得到的更准确的第一幅相接收参数，从而计算得到准确的幅相接收误差，有利于提高校准精度。
13.根据本发明的一些实施例，所述收发单元包括衰减器和移相器，所述根据所述幅相误差，对每一个与所述天线阵元连接的收发单元进行幅度补偿和相位补偿，包括以下步骤：根据所述幅相误差，对所述衰减器进行幅度补偿，对所述移相器进行相位补偿。通过对衰减器和移相器分别进行补偿，有利于提高校准精度，从而使得天线阵元的实际幅相分布与理论幅相分布一致。
14.根据本发明第二方面实施例的相控阵雷达幅相校准装置，包括配置模块、采集模块、计算模块和补偿模块。所述配置模块用于存储预设的理论幅相参数和预设的误差公式；所述采集模块用于响应校准指令，利用无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数；所述计算模块用于根据所述实际幅相参数、所述理论幅相参数和所述误差公式，计算得到幅相误差；所述补偿模块用于根据所述幅相误差，对每一个与所述天线阵元连接的收发单元进行幅度补偿和相位补偿。
15.根据本发明实施例的相控阵雷达幅相校准装置，至少具有如下有益效果：采集模块通过无源辐射单元对所有天线阵元的实际幅相参数进行采集，从而得到更准确的参数，进而使得计算模块和配置模块互相配合，计算得到更准确的幅相误差，以便于补偿模块对收发单元进行更准确的补偿，有利于提高校准精度，并且该装置对硬件的要求较低，有利于提高适用性。
16.根据本发明的一些实施例，所述实际幅相参数包括第一幅相发射参数，所述采集模块包括第一信号发射单元、第一信号接收单元和发射参数采集单元。所述第一信号发射
单元用于响应于发射指令，控制所有所述天线阵元依次发射第一测试信号；所述第一信号接收单元用于在所有所述天线阵元依次发射所述第一测试信号的情况下，控制所述无源辐射单元依次接收所有所述第一测试信号；所述发射参数采集单元用于根据所述无源辐射单元接收的每一个所述第一测试信号，获取每一个所述天线阵元的所述第一幅相发射参数。通过第一发射单元、第一信号接收单元和发射参数采集单元的互相配合，以便于通过无源辐射单元接收得到第一测试信号，从而采集得到准确的第一幅相发射参数，有利于提高校准精度。
17.根据本发明的一些实施例，所述实际幅相参数包括第一幅相接收参数，所述采集模块包括第二信号发射单元、第二信号接收单元和接收参数采集单元。所述第二信号发射单元用于响应于接收指令，控制所述无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，其中，n大于或等于所述天线阵元的数量；所述第二信号接收单元用于在所述无源辐射单元依次发射n个所述第二测试信号的情况下，控制所有所述天线阵元依次接收所述第二测试信号；所述接收参数采集单元用于根据每一个所述天线阵元接收的所述第二测试信号，获取每一个所述天线阵元的所述第一幅相接收参数。通过第二发射单元、第二信号接收单元和接收参数采集单元的互相配合，以便于通过无源辐射单元发射，并由天线阵元接收得到第二测试信号，从而采集得到准确的第一幅相接收参数，有利于提高校准精度。
18.根据本发明第三方面实施例的存储介质，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如第一方面任一项所述的相控阵雷达幅相校准方法。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为本发明实施例的相控阵雷达幅相校准方法的流程图；
22.图2为现有技术的相控阵雷达的部分结构示意图；
23.图3为图1所示的相控阵雷达幅相校准方法的具体流程图之一；
24.图4为图1所示的相控阵雷达幅相校准方法的具体流程图之二；
25.图5为图1所示的相控阵雷达幅相校准方法的具体流程图之三；
26.图6为本发明实施例的相控阵雷达幅相校准装置的结构示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含
指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
29.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
30.参照图2，在现有技术中，相控阵雷达的天线阵面包括多个天线阵元，而在天线阵元的一侧通常会放置不馈电的无源辐射单元，即，在天线阵面内通常会安装无源辐射单元，用于改善天线阵元的阻抗特性。其中，天线阵元又称为有源辐射单元。
31.第一方面
32.参照图1，一种相控阵雷达幅相校准方法，包括步骤s100、步骤s200和步骤s300。
33.步骤s100，响应于校准指令，利用无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数。
34.步骤s200，根据实际幅相参数、预设的理论幅相参数和预设的误差公式，计算得到幅相误差。
35.步骤s300，根据幅相误差，对每一个与天线阵元连接的收发单元进行幅度补偿和相位补偿。
36.其中，无源辐射单元安装在天线阵面内，外界恶劣的环境难以改变无源辐射单元的相对位置，从而通过控制无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数，有利于提高采集得到的参数的准确性，进而，通过将实际幅相参数、理论幅相参数和误差公式，可以计算得到更准确的幅相误差，以便于后续基于幅相误差对收发单元进行幅度补偿和相位补偿，有利于提高校准精度。此外，该方法对于硬件要求较低，无需各个相邻的天线阵元独立工作于接收与发射状态，从而具有更高的适用性，并且，有利于降低校准成本。
37.需要说明的是，校准指令可以由人工输入，也可以由控制单元定时产生。预设的理论幅相参数可以通过微波暗室进行高精度的测试后得到。
38.需要说明的是，实际幅相参数包括实际幅度和实际相位，理论幅相参数包括理论幅度和理论相位，幅相误差包括幅度误差和相位误差，误差公式包括幅度误差公式和相位误差公式，其中，幅度误差公式是指：aei＝ta
i-aai，其中，aei表示第i个天线阵元的幅度误差，tai表示第i个天线阵元的理论幅度，aai表示第i个天线阵元的实际幅度，i为大于0且小于或等于m的整数，m表示天线阵元的数量；相位误差公式是指：pei＝tp
i-api，其中，pei表示第i个天线阵元的相位误差，tpi表示第i个天线阵元的理论相位，api表示第i个天线阵元的实际相位，i为大于0且小于或等于m的整数，m表示天线阵元的数量。
39.此外，在一些实施例中，相位误差公式也可以是：pei＝(tp
i-api)-(tp
j-apj)，其中，tpj表示第j个天线阵元的理论相位，apj表示第j个天线阵元的实际相位，j为大于0且小于或等于n的整数，m表示天线阵元的数量，并且，j为预先选定的数值。例如，当m为10，则可以从1至10中选定一个数值为j；当选择j等于1，则，计算第一个天线阵元的相位误差时，相位误差公式是pe1＝(tp
1-ap1)-(tp
1-ap1)，即第一个天线阵元的相位误差为0；计算第二个天线阵元的相位误差时，相位误差公式是pe2＝(tp
2-ap2)-(tp
1-ap1)。
40.参照图3，实际幅相参数包括第一幅相发射参数，校准指令包括发射指令，步骤s100包括步骤s110、步骤s120和步骤s130。
41.步骤s110，响应于发射指令，控制所有天线阵元依次发射第一测试信号。
42.步骤s120，当所有天线阵元依次发射第一测试信号，则控制无源辐射单元依次接收所有第一测试信号。
43.步骤s130，根据无源辐射单元接收的每一个第一测试信号，获取每一个天线阵元的第一幅相发射参数。
44.其中，所有天线阵元依次发射第一测试信号，而无源辐射单元则依次接收所有第一测试信号。例如，天线阵元的数量为3个，分别是天线阵元a、天线阵元b和天线阵元c，则天线阵元a、天线阵元b和天线阵元c依次发射第一测试信号，且在任一天线阵元发射第一测试信号时，其余天线阵元停止工作，而无源辐射单元则依次接收第一测试信号。参照图2，第一测试信号被无源辐射单元接收后，依次通过上下变频单元、模数转换单元，从而转换为控制单元可以识别的数字信号，使控制单元可以根据第一测试信号计算得到第一测试信号的幅度和相位，即，获取天线阵元的第一幅相发射参数。
45.通过利用所有天线阵元依次发射第一测试信号，而无源辐射单元依次接收第一测试信号，从而获取相应的第一幅相发射参数，有利于提高校准精度，并且该方法对硬件要求较低，有利于提高适用性。
46.需要说明的是，理论幅相参数包括第二幅相发射参数，幅相误差包括幅相发射误差。通过第一幅相发射参数、第二幅相发射参数和误差公式，从而计算得到准确的幅相发射误差，进而对收发单元进行幅相补偿，有利于提高校准精度。
47.参照图4，实际幅相参数包括第一幅相接收参数，校准指令包括接收指令，步骤s100包括步骤s140、步骤s150和步骤s160。
48.步骤s140，响应于接收指令，控制无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，其中，n大于或等于天线阵元的数量。
49.步骤s150，当无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，则控制所有天线阵元依次接收第二测试信号。
50.步骤s160，根据每一个天线阵元接收的第二测试信号，获取每一个天线阵元的第一幅相接收参数。
51.其中，无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，而所有天线阵元依次接收第二测试信号，并且在任意一个天线阵元工作时，其余天线阵元停止工作。例如，天线阵元的数量为3个，分别是天线阵元a、天线阵元b和天线阵元c，则无源辐射单元依次发射3个第二测试信号，当无源辐射单元发射第一个第二测试信号时，天线阵元a工作，并接收第一个第二测试信号，此时天线阵元b和天线阵元c不工作；当无源辐射单元发射第二个第二测试信号时，天线阵元b工作，并接收第二个第二测试信号，此时天线阵元a和天线阵元c不工作；当无源辐射单元发射第三个第二测试信号时，天线阵元c工作，并接收第三个第二测试信号，此时天线阵元a和天线阵元b不工作。
52.即，无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，控制单元控制天线阵元依次进行工作，以使天线阵元在接收到第二测试信号后停止工作，并使下一个天线阵元进行工作，从而使所有天线阵元均分别接收到第二测试信号。
53.通过利用无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，而所有天线阵元依次接收第二测试信号，从而获取相应的第二幅相接收参数，有利于提高校准精度，并且该方法对硬件要求较低，有利于提高适用性。
54.需要说明的是，理论幅相参数包括第二幅相接收参数，幅相误差包括幅相接收误差。通过第一幅相接收参数、第二幅相接收参数和误差公式，从而计算得到准确的幅相接收误差，进而对收发单元进行幅相补偿，有利于提高校准精度。
55.参照图2和图5，收发单元包括衰减器和移相器，步骤s300包括步骤s310。
56.步骤s310，根据幅相误差，对衰减器进行幅度补偿，对移相器进行相位补偿。
57.其中，幅相误差包括幅相发送误差和幅相接收误差，则，对衰减器进行幅度补偿，包括，对衰减器进行发送幅度补偿和对衰减器进行接收幅度补偿；对移相器进行相位补偿，包括，对移相器进行发送相位补偿和对移相器进行接收相位补偿。利用无源辐射单元采集天线阵元的实际辐射参数，并利用该实际辐射参数计算得到辐射误差，从而基于该辐射误差对衰减器和移相器进行补偿，以使补偿后的天线阵元的实际幅相分布与理论幅相分布保持一致，有利于提高校准精度，并且该方法对于硬件的要求较低，有利于提高适用性。
58.第二方面
59.参照图6，一种相控阵雷达幅相校准装置，包括配置模块、采集模块、计算模块和补偿模块。配置模块用于存储预设的理论幅相参数和预设的误差公式；采集模块用于响应校准指令，利用无源辐射单元采集所有天线阵元的实际幅相参数；计算模块用于根据实际幅相参数、理论幅相参数和误差公式，计算得到幅相误差；补偿模块用于根据幅相误差，对每一个与天线阵元连接的收发单元进行幅度补偿和相位补偿。
60.其中，通过配置模块、采集模块、计算模块和补偿模块的配合，利用无源辐射单元配合天线阵元进行工作，从而采集得到所有天线阵元的准确的实际幅相参数，进而基于实际幅相参数计算得到幅相误差，以对收发单元进行幅度补偿和相位补偿，有利于提高校准精度，并且，该装置对于硬件的要求较低，有利于提高适用性，并降低校准成本。
61.参照图6，实际幅相参数包括第一幅相发射参数，采集模块包括第一信号发射单元、第一信号接收单元和发射参数采集单元。第一信号发射单元用于响应于发射指令，控制所有天线阵元依次发射第一测试信号；第一信号接收单元用于在所有天线阵元依次发射第一测试信号的情况下，控制无源辐射单元依次接收所有第一测试信号；发射参数采集单元用于根据无源辐射单元接收的每一个第一测试信号，获取每一个天线阵元的第一幅相发射参数。
62.其中，通过第一发射单元、第一信号接收单元和发射参数采集单元的互相配合，以便于通过无源辐射单元接收得到第一测试信号，从而采集得到准确的第一幅相发射参数，有利于提高校准精度，而利用无源辐射单元来接收得到第一测试信号，无需要求各个相邻的天线阵元工作于接收与发射状态，有利于提高适用性，并降低校准成本。
63.参照图6，实际幅相参数包括第一幅相接收参数，采集模块包括第二信号发射单元、第二信号接收单元和接收参数采集单元。第二信号发射单元用于响应于接收指令，控制无源辐射单元依次发射n个第二测试信号，其中，n大于或等于天线阵元的数量；第二信号接收单元用于在无源辐射单元依次发射n个第二测试信号的情况下，控制所有天线阵元依次接收第二测试信号；接收参数采集单元用于根据每一个天线阵元接收的第二测试信号，获取每一个天线阵元的第一幅相接收参数。
64.其中，通过第二发射单元、第二信号接收单元和接收参数采集单元的互相配合，以便于通过无源辐射单元发射，并由天线阵元接收得到第二测试信号，从而采集得到准确的
第一幅相接收参数，有利于提高校准精度。此外，利用无源辐射单元发射第二测试信号，无需要求各个相邻的天线阵元工作于接收与发射状态，有利于提高适用性，并降低校准成本。
65.第三方面
66.一种存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如第一方面的相控阵雷达幅相校准方法。
67.应当认识到，本发明实施例中的方法步骤可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
68.此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
69.进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
70.计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。
71.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。