一种数字多波束球面相控阵系统通道相位一致性检测方法与流程

本发明涉及多波束天线，特别涉及一种数字多波束球面相控阵系统通道相位一致性检测方法。

背景技术：

1、数字多波束球面相控阵系统由于采用多波束的工作方式以及具备全空域覆盖的技术优势能同时对多个空间目标进行跟踪测控，在近年来新型天线的研究中越来越受到重视，成为一个新型天线研究的热点领域。

2、在数字多波束球面相控阵天线的设计中的一个关键技术问题是如何完成数字波束形成，而数字化多波束相控阵天线的数字波束形成的前提是必须保证天线的各个通道的相位是一致的。为此，在工程实践中经常采用的一种技术解决方案是利用外部架设标校天线形成外部闭环的方式，采用通道相位标校来检验和补偿各个通道的相位不一致性。这种外部闭环的方式需要预先围绕球面阵天线在天线外一周的预定位置架设标校天线，并且需要预先精确标定各个标校天线的精确位置，还需要使用开关矩阵对各个标校天线进行切换，因此在使用上非常繁琐。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供了一种数字多波束球面相控阵系统通道相位一致性检测方法，利用数字波束天线内部各个波束的上行链路与下行链路，并在各级数字波束形成单元中利用fpga芯片内部的数字电路完成内部闭环，通过分级对比的方式来完成对球面相控阵天线的各个通道相位一致性进行检测。该方法简单可靠并且便于实现，不需要外部增设任何设备，并且在工作时不会对邻近链路通道产生影响，有利于在工程实施阶段发现并查找问题，利用该方法可在工程实践中设计出满足指标要求的数字多波束球面相控阵系统。

2、具体技术方案如下：

3、本发明是一种数字多波束球面相控阵系统通道相位一致性检测方法，数字多波束球面相控阵系统的数字多波束形成功能通过多级数字波束形成单元实现，并且多级数字波束形成单元按照树状结构布置；

4、根据数字多波束球面相控阵系统的通道相位一致性设计指标，分配各级数字波束形成单元的通道相位一致性指标；

5、按照树状结构，逐级并行地完成所有数字波束形成单元的通道相位检测，并通过比较法得到各级数字波束形成单元中的通道相位最大值；

6、将各级数字波束形成单元的通道相位最大值与对应的通道相位一致性指标进行对比，完成对整个数字多波束球面相控阵系统的通道相位一致性检测。

7、进一步的，所述数字多波束球面相控阵系统分为上行链路与下行链路，包括：阵元天线、双工器、t/r组件和多级数字波束形成单元，所述多级数字波束形成单元按照树状结构布置，多级数字波束形成单元组成数字波束形成分系统，其中，阵元天线、双工器、t/r组件依次连接，t/r组件连接第一级数字波束形成单元，第n级数字波束形成单元与后端应用相连接，从第n级数字波束形成单元到t/r组件为树状结构布局。

8、进一步的，从第n级数字波束形成单元到t/r组件为树状结构布局，第n级数字波束形成单元只有一个，为树状结构的根部，与之相连的第n-1级数字波束形成单元有l1个，每一个第n-1级数字波束形成单元又有l2个第n-2级数字波束形成单元与之相连，以此类推，每一级数字波束形成单元的数量，数字波束形成分系统最顶部为第一级数字波束形成单元，每一个第一级数字波束形成单元都有ln个t/r组件与之相连。

9、进一步的，所述根据数字多波束球面相控阵系统的通道相位一致性设计指标，分配各级数字波束形成单元的通道相位一致性指标，具体为：

10、将数字多波束球面相控阵系统的通道相位一致性指标δ分配到各级数字波束形成单元上，其中：

11、第n级数字波束形成单元到第n-1级数字波束形成单元的通道相位一致性指标为δn；

12、第n-1级数字波束形成单元到第n-2级数字波束形成单元的通道相位一致性指标为δn-1；

13、此后每一级可与此类推直到，第一级数字波束形成单元与t/r组件的通道相位一致性指标为δ1。

14、进一步的，各级数字波束形成单元之间，上一级数字波束形成单元的fpga中设置通道相位测试模块，下一级数字波束形成单元的fpga中设置上行波束形成模块和下行波束形成模块，并分别设置上下开关和下行开关；

15、上下开关指向上行波束形成模块，即将上行数字波束信号送上行波束形成模块处理；

16、下行开关指向将下行波束形成模块，即将下行波束形成模块处理后的波束信号通过下行链路送后级处理；

17、上下开关和下行开关相互指向连接，则上行链路的数字波束信号，通过连接的上下开关和下行开关直接环回到下行链路中，形成闭环。

18、进一步的，所述按照树状结构，逐级并行地完成所有数字波束形成单元的通道相位检测，具体的：

19、上一级数字波束形成单元通过通道相位测试模块进行测试，而在下一级数字波束形成单元中，则通过上行开关与下行开关将上行链路的数字波束信号直接环回到下行链路中，形成闭环，上一级数字波束形成单元通过通道相位测试模块，对闭环的链路进行通道相位测试，得到各级数字波束形成单元间的通道相位值。

20、进一步的，对所述上一级数字波束形成单元进行通道相位检测，需通过与之相连的下一级数字波束形成单元得出，对于第n-1级数字波束形成单元进行通道相位检测过程如下：

21、对于第n-1级数字波束形成单元，与之相连的第n-2级数字波束形成单元中，通过上行开关与下行开关设置开关的两种工作状态，分别形成正常工作与内闭环通道相位一致性标定；

22、正常工作时，上行开关将上行数字波束信号送上行波束形成模块处理，下行开关将下行波束形成模块处理后的波束信号通过下行链路送后级处理；

23、内闭环通道相位一致性标定时，上行数字波束信号环回到下行链路上形成闭环，第n-1级数字波束形成单元中的通道相位测试模块通过上述闭环链路，可测得该闭环链路的通道相位，对所有与该第n-1级数字波束形成单元相连的第n-2级数字波束形成单元依次进行上述操作，完成该第n-1级数字波束形成单元的通道相位检测；对所有的第n-1级数字波束形成单元进行上述操作，完成第n-1级数字波束形成单元的通道相位检测；

24、以此类推，得出每一级数字波束形成单元的所有通道相位值。

25、进一步的，所述将各级数字波束形成单元的通道相位最大值与对应的通道相位一致性指标进行对比，完成对整个数字多波束球面相控阵系统的通道相位一致性检测，具体对于第n-1级数字波束形成单元进行通道相位一致性检测过程如下：

26、选择一个第n-1级数字波束形成单元，并从与之相连的第n-2级数字波束形成单元中选出一个进行通道相位检测，测得其通道相位值，记录为δn-1_m1-m2，其中，n-1代表第n-1级数字波束形成单元，m1表示第m1个第n-1级数字波束形成单元，m2表示第m2个与第m1个第n-1级数字波束形成单元相连的下一级数字波束形成单元，完成所有第n-1级数字波束形成单元的通道相位检测，记录所有的通道相位值，并计算最大值maxδn-1_m1-m2)，判别maxδn-1_m1-m2)是否满足系统设计指标δn-1，具体判别过程如下：

27、maxδn-1_m1-m2)≤δn-1，

28、则满足第n-1级数字波束形成单元的通道相位一致性指标；

29、maxδn-1_m1-m2)>δn-1，

30、则不满足第n-1级数字波束形成单元的通道相位一致性指标；

31、对各级数字波束形成单元按照上述步骤进行操作，完成各级数字波束形成单元的通道相位一致性检测，即完成整个数字多波束球面相控阵系统的通道相位一致性检测。

32、进一步的，所述完成所有第n-1级数字波束形成单元的通道相位检测，记录所有的通道相位值，具体方法为：

33、对所选的第n-1级数字波束形成单元，判决是否完成对与其相连的所有第n-2级数字波束形成单元的通道相位检测，若未完成，则选择下一个与之相连的第n-2级数字波束形成单元重复上述检测过程，若完成，则判决是否完成对系统所有第n-1级数字波束形成单元的通道相位检测，若未完成，则选择下一个第n-1级数字波束形成单元，并重复上述通道相位检测过程，即可完成对系统所有第n-1级数字波束形成单元的通道相位检测，记录所有的通道相位值。

34、本发明的有益效果如下：

35、1、本发明提供的一种数字多波束球面相控阵系统通道相位一致性检测方法，利用数字波束天线内部各个波束的上行链路与下行链路，并在各级数字波束形成单元中利用fpga芯片内部的数字电路完成内部闭环，通过分级对比的方式并行完成各级数字波束形成单元的通道相位一致性检测，最终完成对数字多波束球面相控阵天线的通道相位一致性的检测，保证数字多波束球面相控阵天线的各个通道相位一致性满足设计需求，解决了数字多波束球面相控阵系统设计中的一个关键问题。

36、2、本发明提供的一种数字多波束球面相控阵系统通道相位一致性检测方法，实现简单、资源占用较少，降低系统设计成本，本发明不需要复杂电路，实现方法比较简单。本发明仅利用数字多波束球面相控阵天线原有的设备，而不需要增加额外的设备，通过软件算法即可实现系统的多级通道相位一致性检测功能，便于自动化运行，降低了系统设计成本。

37、3、本发明提供的一种数字多波束球面相控阵系统通道相位一致性检测方法，操作简便快捷，便于系统设计，可将数字多波束球面相控阵系统的通道相位一致性指标量化到各级处理单元，即各级数字波束形成单元，并按照分级对比的方式对各级处理单元进行通道相位一致性检测，便于在数字多波束球面相控阵系统设计中，进行问题定位与排查。