一种相控阵幅相加权校正装置及方法与流程

本发明具体涉及一种相控阵幅相加权校正装置及方法，属于相控阵测试技术领域。可应用在相控阵和自适应阵列的设计和生产中。

背景技术：

相控阵幅相校正是相控阵研制和生产中的重要环节。传统上，对相控阵的天线和收发组件的校准，往往采用远场外校准和内校准相结合的方式。对相控阵的接收部分进行远场外校准时，在阵列法线方向假设一个辐射源用于发射窄带或宽带信号，接收机接收到信号后在信号处理部分进行fft变换，通过与参考通道比较各个频点的幅度和相位，获得阵列的校准系数。对相控阵的发射部分，则需要采用切换的方式逐个对通道进行测试，工作量大，耗时较长。传统方式由于只考虑法线校准，因此获得的校准系数在应用到非法线方向波束指向时会产生一些误差，造成波束指向与期望指向偏离较多的情况。尤其是在宽带阵列和不等间距阵列时，上述情况更为突出。

技术实现要素：

为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种相控阵幅相加权校正装置，该装置和校准流程不再仅仅进行对相控阵进行法线远场校准，它可以在给定的波束指向角度范围内对相控阵进行幅相校准，获得适用性更好的校准系数。

具体的，相控阵幅相加权校正装置，包括接收天线，所述装置还包括三维转台、工控机、功率计、波控板、中间控制器，所述三维转台用于放置被测天线，工控机连接三维转台，波控板连接被测天线，中间控制器连接波控板、工控机及功率计，功率计连接接收天线。

进一步的，所述装置还包括连接在功率计与接收天线之间的低噪声放大器。

进一步的，所述中间控制器用于发起系统工作指令、控制波控板生成幅相加权的过程、控制工控机进而控制转台状态、从功率计中采集数据，采用最小二乘解计算相控阵校准系数。

本发明还提供了一种基于上述相控阵幅相加权校正装置实现的相控阵幅相加权校正方法，所述方法为：

首先在中间控制器中设定阵列波束角度扫描范围和扫描角度间隔，之后中间控制器发起系统工作指令，波控板根据波束扫描范围逐个设定相控阵波束指向权值，此时在工控机和中间控制器的控制下三维转台在期望波束指向附近搜索实际波束指向，功率计采集接收天线的信号强度，中间控制器根据采集信号强度确定实际波束指向，中间控制器采集到波束扫描范围内对应的所有实际波束指向，最后在中间控制器中，计算相控阵校准系数矩阵c，计算公式如下：

c＝ww′^h{w′w′^h}^-1

其中，w为期望波束指向对应的权值构成的矩阵，w’为实际波束指向对应的权值构成的矩阵。

本发明的积极进步效果在于，传统方法需要逐个通道进行校准，需要进行人工更换接头，本发明的装置和方法对相控阵进行幅相校准则是针对整个阵列，完全采用程序控制，中间过程无人工干预。这样做的好处在于：

(1)测试过程避免人工干预，减小工作量，提高相控阵幅相校准的效率；

(2)相比其它方法，本发明能够在整个波束扫描范围内实现幅相校准，能够获得更好的校准效果；

(3)本发明对天线和射频通道进行了一体化校准。

附图说明：

图1为相控阵权值校准装置各部分连接示意图；

图2为相控阵权值校准方法的工作流程图。

附图标记如下：

1、三维转台，2、被测天线，3、波控板，4、工控机，5、功率计，6、中间控制器，7、低噪声放大器，8、接收天线。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行说明：

本发明提出的一种相控阵幅相加权校正装置由高精度的三维转台1、工控机4、接收天线8、功率计5、低噪声放大器7、波控板3、中间控制器6等部分构成。装置构成和各部分连接关系如图1所示。其中，工控机4用于控制三维转台1工作；波控板3用于控制被测天线2即相控阵天线中的移相器和衰减器实现波束指向扫描；功率计5用于记录和采集接收信号强度；中间控制器6同时连接工控机4、波控板3和功率计5，用于发起系统工作指令、控制波控板3生成幅相加权的过程、控制工控机4进而控制转台状态、从功率计5中采集数据，采用最小二乘解计算相控阵校准系数。

中间控制器6可以采用通用的dsp和fpga芯片组合使用的方式来构建，进行计算程序和控制指令的编写。如dsp选择ti公司的tms320c6713，fpga选择altera公司的ep3se110f1152c2。

本发明的工作原理为，三维转台1能够提供不小于0.1°的角度精度。为了不影响被测天线的波束，三维转台1在工作状态时有一定的仰角，对应的接收天线8需安装在被测天线2阵面的法线方向。波控板3生成相控阵权值，被测天线2产生一个波束。工控机4控制三维转台1工作，在预先设定的期望波束指向附近角度范围内转动被测天线2。功率计5采集接收天线的信号强度，并发送给中间控制器6。中间控制器6包含控制指令和计算程序，控制指令控制工控机4、波控板3和功率计5的工作状态，并采集功率计5发过来的数据，对数据进行分析计算，找到功率最大时被测天线2的实际波束指向。在中间控制器6的控制下完成预设角度范围内的波束扫描和数据采集，计算程序求解相控阵校准系数矩阵c。

具体的相控阵权值校准方法的工作流程如图2所示。为了完成相控阵幅相加权校正，首先在中间控制器6中设定阵列波束角度扫描范围和扫描角度间隔，之后中间控制器6发起系统工作指令，波控板3根据波束扫描范围逐个设定相控阵波束指向权值，此时在工控机4和中间控制器6的控制下三维转台1在期望波束指向附近搜索实际波束指向，功率计5采集接收天线8的信号强度，中间控制器6根据采集信号强度确定实际波束指向。按照此过程，中间控制器6采集到波束扫描范围内对应的所有实际波束指向。最后在中间控制器6中，计算相控阵校准系数矩阵c，计算公式如下：

c＝ww′^h{w′w′^h}^-1

其中，w为期望波束指向对应的权值构成的矩阵，w’为实际波束指向对应的权值构成的矩阵。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种相控阵幅相加权校正装置及方法，属于相控阵测试技术领域。可应用在相控阵和自适应阵列的设计和生产中。装置包括接收天线、三维转台、工控机、功率计、波控板、中间控制器，所述三维转台用于放置被测天线，工控机连接三维转台，波控板连接被测天线，中间控制器连接波控板、工控机及功率计，功率计连接接收天线。所述方法通过相控阵幅相加权校正装置实现，中间控制器采集到波束扫描范围内对应的所有实际波束指向，计算相控阵校准系数矩阵C。本发明使得测试过程避免人工干预，减小工作量，提高相控阵幅相校准的效率。相比传统的校准方法，本发明能够在整个波束扫描范围内实现幅相校准，获得更好的校准效果。

技术研发人员：黄丘林;孔德武;廖理;刘振兴
受保护的技术使用者：西安电子科技大学;中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所
技术研发日：2017.11.08
技术公布日：2018.04.06