1.本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种数字阵列雷达天线通道校正系统和校正方法。
背景技术：2.随着芯片技术、高速采样、传输和处理器件发展越来越快，这也加速了雷达技术的发展，使数字相控阵技术在雷达中的使用变得越来越容易，也越来越普遍。对有源信器件来说，每次开机因为环境参数及电压波动对信号产生幅度和相位的偏差是不一致的，如t/r组件（transmitter and receiver发送器与接收器）在每次环境或每次开机时，组件的特性参数都各不相同，为保证其工作特性一致，必须每次都进行校正，而这个校正可以通过雷达内部测试信号来校正。
3.当前普遍的校正通道(假定k个通道)由k个天线及射频通道、k个耦合器、收发信机、校正信号射频电缆、合路分路器、校正通道处理单元等组成。其中合路分路器普遍采用威尔金功分器的结构，各天线及射频通道的校正信号会通过合路分路器进行合路和分路。当天线及射频通道数量较多时，各通道汇集到合路分路器的校正信号线的数量和长度大大增加，产生大量重复路径的校正信号线，增加了电路布局布线的复杂程度，且过长的走线带来了不必要的差损。其次，威尔金功分器本身面积较大，总线较长，也会增加电路布局布线和校正通道整体结构的复杂程度，同时带来不必要的传输损耗。
技术实现要素：4.本发明提供一种数字阵列雷达天线通道校正系统和校正方法。，解决了现有天线通道校正电路复杂、实施效果差的问题。
5.本发明的第一方面提供了一种数字阵列雷达天线通道校正系统，包括数据处理单元、校正单元和阵列天线，所述数据处理单元与所述校正单元通信连接，所述校正单元通过所述阵列天线与多个tr组件连接，多个所述tr组件均与所述数据处理单元通信连接；所述数据处理单元能够生成第一控制信号和第二控制信号；所述校正单元根据所述第一控制信号生成接收校准信号，所述阵列天线将所述接收校准信号耦合至每个所述tr组件，每个tr组件均生成各自的接收校准数据信号；每个所述tr组件根据所述第二控制信号依次生成发射校准信号，所述阵列天线依次将所有发射校准信号耦合至所述校正单元，所述校正单元根据每个所述tr组件的所述发射校准信号生成发射校准数据信号；所述数据处理单元能够根据每个所述tr组件的所述接收校准数据信号和所述发射校准数据信号，计算每个所述tr组件的发射通道校准补偿数据和接收通道校准补偿数据。
6.进一步地，所述校正单元包括收发开关、接收支路、发射支路和处理模块，所述接收支路的一端与所述收发开关连接，另一端与所述处理模块连接，所述发射支路的一端与
所述收发开关连接，另一端与所述处理模块连接；所述收发开关用于将所述接收支路或所述发射支路与所述阵列天线连接；所述接收支路能够对每个所述tr组件的所述发射校准信号进行下变频和模数转换，生成对应的数字信号；所述处理模块能够根据所述第一控制信号，生成数字基带信号并能够根据所述数字信号，生成所述发射校准数据信号；所述发射支路能够对所述数字基带信号数模转换以及上变频，生成接收校准信号。
7.进一步地，所述处理模块包括fpga。
8.进一步地，所述阵列天线包括功分校正网络和天线阵元，所述功分校正网络的一端连接所述校正单元，另一端与所述天线阵元连接，所述天线阵元分别与所述多个tr组件连接。
9.进一步地，所述数据处理单元包括服务器。
10.作为本发明的另一方面，提供了一种数字阵列雷达天线通道校正方法，包括：根据预设时序以波形触发和变频触发的方式控制校正单元发送接收校准信号，所述接收校准信号经阵列天线耦合至每个tr组件；接收每个tr组件的接收校准数据信号；以波形触发和变频触发的方式控制每个tr组件的发射通道依次发送发射校准信号，所述发射校准信号经阵列天线功分、耦合至校正单元；接收校正单元的发射校准数据信号；根据所述接收校准数据信号和发射校准数据信号，计算每个tr组件的接收通道校准补偿数据和发射通道校准补偿数据。
11.进一步地，所述根据所述接收校准数据信号和发射校准数据信号，计算每个tr组件的接收通道校准补偿数据和发射通道校准补偿数据，包括：以所有tr组件中的一条接收通道作为参考通道，得到其他所有待校正接收通道的幅相校正值；将待校正接收通道的幅相校正值加上天线的固定误差得到待校正接收通道的接收校正值；以所有tr组件中的一条发射通道作为参考通道，得到其他所有待校正发射通道的幅相校正值；将待校正接收通道的幅相校正值加上天线的固定误差得到待校正发射通道的发射校正值。
12.进一步地，所述幅相校正值的计算方法包括：计算待校正通道的幅度校正系数；计算待校正通道的相位校正系数；将所述幅度校正系数和所述相位校正系数与待校正通道原始值相乘得到幅相校正值。
13.进一步地，所述计算待校正通道的幅度校正系数，包括：将各通道的校准数据信号进行快速傅里叶变换，并对结果求取模值；
找出各通道的校准数据信号的最大模值；将待修正通道的校准数据信号的最大模值与参考通道的校准数据信号的最大模值进行比值，得到的比值为待修正通道的幅度校正系数。
14.进一步地，所述计算通道的相位校正系数，包括：将各通道内的信号归一化，将信号各点变为-1至1之间的数值；利用arcsin函数和arccos函数求取待修复通道各点的相位值和参考通道各点的相位值，相位值为arcsin函数和arccos函数的相同解；求取待修复通道各点的相位值与参考通道对应点的相位值之间的差值，对所有差值求平均值，所述平均值为待修复通道的相位差；利用公式cosw-jsinw进行复数运算得到计算结果，其中w为待修复通道的相位差，所述计算结果为待修正通道的相位校正系数。
15.本发明的有益效果：本发明通过采用校正单元连接阵列天线减少了天线数量与耦合器数量，简化了整体校正电路，采用数据处理单元作为整体数据处理的服务终端，适用性强，可拓展性强。本发明能够提高了校正准确性，适合于雷达、通信等多种应用环境，保证数字阵列雷达的性能始终自动处于可靠的状态。
附图说明
16.图1为本发明中校正系统的结构框图。
17.图2为本发明中校正系统的结构示意图。
18.图3为本发明中校正发法的流程图。
19.图4为本发明的校正发法中幅相校正值计算方法的流程图。
具体实施方式
20.为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
21.在本发明的实施例中，图1是根据本发明一种数字阵列雷达天线通道校正系统提供的结构示意图，如图1所示，本发明包括数据处理单元1、校正单元2和阵列天线3，所述数据处理单元1与所述校正单元2通信连接，所述校正单元2通过所述阵列天线3与多个tr组件4连接，多个所述tr组件4均与所述数据处理单元1通信连接；其中，所述数据处理单元1与所述校正单元2可以采用光纤进行连接，光纤线路简单，可靠性高，电磁兼容性强。
22.所述数据处理单元（1）能够根据校正触发信号生成第一控制信号和第二控制信号，其中所述校正触发信号包括根据tr组件开机或者用户选择时生成的触发信号；所述校正单元（2）用于根据所述第一控制信号生成接收校准信号，所述阵列天线（3）将所述接收校准信号耦合至每个所述tr组件（4），以使得每个tr组件（4）生成各自的接收校准数据信号；每个所述tr组件（4）均能够根据所述第二控制信号依次生成发射校准信号，所述
阵列天线（3）依次将所有发射校准信号耦合至所述校正单元（2），所述校正单元（2）根据每个所述tr组件（4）的所述发射校准信号生成发射校准数据信号，这里的依次应该理解为所有tr组件4的发射通道按照顺序，轮流发送发射校准信号，即第一个tr组件的所有发射通道轮流发送，随后第二个tr组件的所有发射通道轮流发送，以次类推，不存在两个发射通道同时发送。
23.所述数据处理单元（1）能够根据所述接收校准数据信号和所述发射校准数据信号，计算每个所述tr组件（4）的发射通道校准补偿数据和接收通道校准补偿数据。发射通道校准补偿数据和接收通道校准补偿数据，用于在下次校正时输入至tr组件中。
24.本发明通过采用校正单元连接阵列天线减少了天线数量与耦合器数量，简化了整体校正电路，采用数据处理单元作为整体数据处理的服务终端，适用性强，可拓展性强。本发明能够提高了校正准确性，适合于雷达、通信等多种应用环境，保证数字阵列雷达的性能始终自动处于可靠的状态。
25.在本发明的一个实施例中，图2是根据本发明具体实施例的结构提供的结构示意图。如图2所示，所述校正单元2包括收发开关24、接收支路22、发射支路23和处理模块21，所述接收支路22的一端与所述收发开关24连接，另一端与所述处理模块21连接，所述发射支路23的一端与所述收发开关24连接，另一端与所述处理模块21连接。
26.所述收发开关24用于将所述接收支路22或所述发射支路23与所述阵列天线3连接，需要注意的是，收发开关依次只能导通一条路径，即当接收支路22与所述阵列天线3连接时，发射支路与阵列天线3断开。收发开关24可以采用环形器。
27.所述接收支路22能够对每个所述tr组件4的所述发射校准信号进行下变频和模数转换，生成对应的数字信号。所述处理模块21能够根据所述第一控制信号，生成数字基带信号并能够根据所述数字信号，生成所述发射校准数据信号；所述发射支路23能够对所述数字基带信号数模转换以及上变频，生成接收校准信号。
28.其中，接收支路包括依次与处理模块连接的模数转换模块与下变频模块。发射支路包括依次与处理模块连接的数模转换模块和上变频模块。
29.其中，所述处理模块21包括fpga和其外围电路。能够提供同步通信时钟、控制信号和数据通道，并为后端的数据处理单元提供通信接口(如gtx、光通信、lvds、千兆网等)，主要根据后端数据处理组件的命令产生数字基带信号输出，接收ad的采样数据并把采样数据进行打包发送给后端的数据处理单元。
30.在本发明的一个实施例中，所述阵列天线3包括功分校正网络31和天线阵元32，所述功分校正网络31的一端连接所述校正单元2，另一端与所述天线阵元32连接，所述天线阵元32分别与所述多个tr组件4连接。接收校准信号通过功分校正网络耦合至各天线阵元，tr组件再将各阵元接收到接收校正信号，经过处理生成接收校准数据信号发送给所述数据处理单元。发射校准信号经过天线阵元输入功分校正网络，通过功分校正网络对其耦合、功分到校正单元的接收支路，经过校正单元形成发射校准数据信号。
31.所述数据处理单元1包括服务器。该服务器可以采用x86结构的通用服务器，具有架构先进，通用性强，可扩展性强的优点。
32.本发明另一发面提供了一种数字阵列雷达天线通道校正方法，用于上述任意一项所述的数字阵列雷达天线通道校正系统，图3是根据本方法提供的流程图，包括：
s1：根据预设时序以波形触发和变频触发的方式控制校正单元发送接收校准信号，其中所述接收校准信号能够经阵列天线耦合至每个tr组件；其中，接收校准信号是由处理单元产生的数字基带信号，经过数模转后以及上变频后产生的。进过环形器进入功分校正网络后耦合至各天线阵元。
33.s2：接收每个tr组件的接收校准数据信号。
34.其中，tr组件将各天线阵元接收到接收校正信号下变频、经ad采样得到的接收校准数据信号通过光纤发送至信号处理单元。数据处理单元接收tr组件该接收校准数据信号。
35.s3：以波形触发和变频触发的方式控制每个tr组件的发射通道依次发送发射校准信号，其中所述发射校准信号能够经阵列天线功分、耦合至校正单元。
36.其中，信号处理单元自动产生一组控制信号，在信号处理模块的波形触发、变频触发的控制下，所有tr组件的发射通道按顺序依次发射。
37.s4：接收校正单元的发射校准数据信号。
38.发射校正信号经校正网络耦合、功分到校正单元的接收通道，校正单元产生将其下变频、模数转换后经过处理单元发送至所述数据处理单元。
39.s5：根据所述接收校准数据信号和发射校准数据信号计算每个tr组件的接收通道校准补偿数据和发射通道校准补偿数据。
40.其中，接收通道校准补偿数据和发射通道校准补偿数据的计算过程如下：以所有tr组件中的一条接收通道作为参考通道，得到其他所有待校正接收通道的幅相校正值；将幅相校正值加上天线的固定误差得到其他所有待校正接收通道的接收校正值；以所有tr组件中的一条发射通道作为参考通道，得到其他所有待校正发射通道的幅相校正值；将幅相校正值加上天线的固定误差得到其他所有待校正发射通道的发射校正值。
41.其中，参考通道的选取可以任意选取，优选选取第一通道。
42.在上述的方法中，所述幅相校正值的计算方法包括如下步骤：s10：计算待校正通道的幅度校正系数。
43.具体步骤如下：将所有通道的校准数据信号进行快速傅里叶变换，并对结果求取模值；应当理解的是，进过快速傅里叶变换后信号从时域信息转为频域信息，对各点结果求模值，模值即为幅度信息；找出各通道的校准数据信号的最大模值；将待修正通道的最大值与参考通道的最大值进行比值，比值为待修正通道的幅度校正系数。
44.找出各通道的校准数据信号的最大模值max[i]，并与第一路通道的最大模值max[1]进行比值，比值即为每路通道的幅度校正系数a[i],即a[i] = max[i] / max[1]；s20：计算待校正通道的相位校正系数；将各通道内的校准数据信号归一化，将校准数据信号各点变为-1至1之间的数值；
将各通道模值归一化（即各点模值/各通道最大模值max[i]），这样各点数据变成-1至1之间的数值r[i]，此步骤为去幅度信息，利用arcsin函数和arccos函数求取待修复通道校准数据信号各点的相位值和参考通道校准数据信号各点的相位值，相位值为arcsin函数和arccos函数的相同解。
[0045]
由于-1至1不能唯一确定角度值，需利用arcsin和arccos来确定相位值，即θ[i] 等于arcsin r[i]和arccos r[i]的唯一相同解；求取待修复通道校准数据信号各点的相位值与参考通道校准数据信号对应点的相位值之间的差值，对所有差值求平均值，所述平均值为待修复通道的相位差。
[0046]
即w[i] = ∑
△
θ[i] / n。
[0047]
利用公式cosw-jsinw复数运算，其中w为待修复通道的相位差，计算结果为待修正通道的相位校正系数。
[0048]
即b[i] = cosw[i]-jsinw[i]s30：利用公式cosw-jsinw进行复数运算得到计算结果，其中w为待修复通道的相位差，所述计算结果为待修正通道的相位校正系数。
[0049]
即各通道幅相校正值=原始值*相位校正系数b[i]*幅度校正系数a[i]需要注意的是接收通道与发射通道的计算方法一样，上文中的校准数据信号包括接收校准数据信号或发射校准数据信号。
[0050]
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。