专利名称：一种实时校准上行天线组阵链路变化的方法
技术领域：
本发明涉及一种可实时校准上行天线组阵链路变化的数字化实现方法。
背景技术：
天线组阵可利用多个小口径天线等效成一个更大的天线实现发射和接收信号，无论是在建造成本还是设备维护等方面都有着巨大的优势。上行天线组阵是近几年刚刚兴起的一项技术，由于上行天线组阵中各天线缺少参考源，信号载波对齐变得十分困难，如果上行组阵各天线间发射信号的载波相位没有对齐，那么将会引起合成增益的降低，因此上行天线组阵的最大问题在于如何实现载波对齐。在上行天线组阵标校期，可以通过相位扫描法等手段使各天线的载波对齐，在实际使用中需要上行天线组阵能够克服链路干扰而保持载波相位对齐，而且保持的时间越长上行天线组阵系统越稳定，故有必要对上行天线组阵链路变化进行实时校准。名称为"Ground System Phase Estimation Techniques for Uplink Array Applications”，作者为 L. Paal，出自于 “IPN Progress R印ort42_167” 的文献中讲述了美国上行组阵应用中的地面系统相位估计技术，提到了一种实时校准上行天线组阵链路变化的方法，该方法将参考信号与反馈信号进行处理得到误差信号，并根据误差信号进行校准和补偿，目的是使反馈信号与参考信号相位对齐。虽然该方法成功实现了对上行天线组阵系统链路变化的实时校准，但其不足之处在于该方法获取误差信号的处理是在模拟域进行的，而非数字域。模拟信号没有数字信号便于处理、传输与存储，灵活性不够；模拟信号抗干扰性能较差，并且模拟器件稳定性没有数字器件好。对于上行天线组阵来说，信号的稳定性以及抗干扰性直接关系着上行天线组阵的发展，信号越稳定，上行天线组阵系统两次标校之间的间隔越长，应用价值越大。实际上文献中提到的上行天线组阵实时校准的方法就是为了增加系统的稳定性而提出的，但在模拟域实现必然会影响校准精度，影响系统稳定性，因而有必要在数字域设计实现上行天线组阵的实时校准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种校准精度高、全数字的实时校准上行天线组阵链路变化的方法。本发明包括如下技术方案一种实时校准上行天线组阵链路变化的方法，包括如下步骤(1)进行相位扫描寻找接收端功率最大时所对应的两路输入信号作为输入信号， 并获得其基准相位差；(2)第一路输入信号经过AD采样之后，与本地NCOl进行混频，得到I1、Q1两路信号；第二路输入信号经过AD采样之后，与本地NC02进行混频，得到I2、Q2两路信号；I1、Q1、 12、Q2四路信号送去积分单元去掉高频分量，再进行鉴相得到两路输入信号的相位差；(3)将鉴相得到的相位差经过环路滤波器送回给本地NCOl或本地NC02，消除环路中存在的相位差值；
(4)将相位θ w置给NC03，将相位(θ w+基准相位差)置给NC04，其中θ w为任意值；NC03产生的信号与II、Ql混频，混频后的信号相加输出；NC04产生的信号与12、Q2混频，混频后的信号相加输出。本发明与现有技术相比的有益效果是(1)本发明的方法采用全新的设计方法实现数字化的上行天线组阵多路信号的实时校准，电路可靠并且具有很大的灵活性和可移植性，提高了校准的精度和校准后信号的稳定性，提高了上行天线组阵系统克服链路变化的能力。( 经模拟链路变化试验验证，本发明的方法能够实时校准1° /s 10° /s内的链路变化。
图1是本发明的校准电路图。图2是本发明在实时校准和模拟链路变化两种功能下校准误差的变化情况。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。为了实现对上行天线组阵链路变化的实时校准，校准电路具备三种功能直通功能；实时校准功能；和模拟链路变化功能。当基带设备进行相位扫描寻找能够使接收端功率最大的相位关系时，需置于直通，并记住基准相位差。基准相位差就是基带设备扫描完毕保持一定的相位进行输出后，本发明输入信号间的初始相位差。当找到基准相位差之后，进入校准状态。如需引入链路变化用于试验演示本发明方法的校准效果，则将校准电路置于链路变化模拟功能，实时校准引入的链路变化；如不需人为的引入链路变化，则将本校准电路置于实时校准功能，对实际链路上的变化进行校准。为了具备上述功能，本发明的校准电路如图1所示。本发明的校准方法具体包括如下步骤1、进行相位扫描寻找接收端功率最大值时所对应的本发明的两路输入信号的相位差，作为基准相位差Q2-G1 ;为了获得基准相位差，基带设备须在0 2 π内进行相位扫描，例如让第1路基带设备的输出信号相位保持不变，第2路基带设备的输出信号相位在0 内以10°每秒的速度变化。接收端，两路信号合成为一路，并用频谱仪观察合成后信号功率的变化情况， 根据功率的大小寻找使得接收端功率最大的基带设备两路输出信号的相位关系，找到之后基带设备保持该相位关系进行输出，送给本发明作为输入。 本发明的两路输入信号1、2经过AD采样之后，分别与本地NCOl和NC02进行混频， 得到I1、Q1、I2、Q2四路信号送去积分单元去掉高频分量，再进行鉴相即可得到两路输入信号的基准相位差。2、在获得基准相位差后，进行下面的校准过程，具体包括如下步骤1)两路输入信号1、2经过AD采样之后，分别与本地NCOl和NC02进行混频，得到 II、QU 12、Q2四路信号。四路信号送去积分单元去掉高频分量，再进行鉴相并对所得结果的实部和虚部求反正切，得到两路输入信号的相位差。如若引入链路变化，则可得到基准相位差和引入的链路变化的总和。(链路变化的引入是通过在本地NCOl和NC02处加入一定的相位变化Δ θ来实现)。2)为了消除环路中的相位差值，须将得到的相位值经过环路滤波器送回给本地 NCOl或本地NC02，形成闭合环路。具体可描述为，环路滤波器根据鉴相结果可计算出消除环路差异需要调整的频差，并将该频差加到NCOl的频率控制字中调整NCOl的频率控制字。 NCOl可根据频率控制字得到对应的相位，通过对NCOl频率控制字的调整即可实现对环路相位的调整，从而逐步消除链路的相位差值。3)通过闭环将输入信号1、2的相差以及链路干扰消除掉之后，需要将基准相差调制输出。具体操作是将相位θψ置给NC03，产生相位为θψ频率为70Μ的本地信号与I1、Q1 混频，混频后的I1、Q1路信号相加并经过数模转换器后输出；将相位(θ w+基准相差)置给 NC04，产生相位为(θ w+基准相差)频率为70M的本地信号与12、Q2混频，混频后的12、Q2 路信号相加并经过数模转换器后输出(其中θψ可以为任意值，通常设置为0)。可以看出经过相位调整之后，本发明的输出信号可保持使接收端功率最大的基准相差输出。下面列举一个具体的实施例来说明本发明克服链路变化的过程假设输入信号为从标准测控(TT&C)综合基带输出的两路70Μ中频信号，经过 56MHz的AD采样后，假定第1路信号的初始相位为θ工，第2路信号的初始相位为θ 2，在第 1路的NCOl引入相位变化Δ θ，那么可知第1 路信号为1 = cos (w14 (t)+θ J，第2 路信号为11 = cos (w14 (t)+θ 2),Incol = cos (w14 (t) + Δ θ),经过 pi/2 后变成 Incol ‘ = sin (w14 (t) + Δ θ),
Inco2 = cos (w14 (t))，经过 pi/2 后变成 Inra2 ‘ = sin (w14 (t))。在确定的信号形式之后，可根据电路的连接关系推导出相差，具体过程如下
权利要求
1. 一种实时校准上行天线组阵链路变化的方法，其特征在于包括如下步骤(1)进行相位扫描寻找接收端功率最大时所对应的两路输入信号作为输入信号，并获得其基准相位差；(2)第一路输入信号经过AD采样之后，与本地NCOl进行混频，得到I1、Q1两路信号；第二路输入信号经过AD采样之后，与本地NC02进行混频，得到12、Q2两路信号；II、QU 12、 Q2四路信号送去积分单元去掉高频分量，再进行鉴相得到两路输入信号的相位差；(3)将鉴相得到的相位差经过环路滤波器送回给本地NCOl或本地NC02，消除环路中存在的相位差值；(4)将相位θw置给NC03，将相位(θ w+基准相位差)置给NC04，其中θ w为任意值； NC03产生的信号与I1、Q1混频，混频后的信号相加进行输出；NC04产生的信号与I2、Q2混频，混频后的信号相加进行输出。
全文摘要
一种实时校准上行天线组阵链路变化的方法，首先进行相位扫描寻找接收端功率最大时所对应的两路输入信号作为输入信号，并获得其基准相位差；第一路输入信号经过AD采样之后，与本地NCO1进行混频，得到I1、Q1两路信号；第二路输入信号经过AD采样之后，与本地NCO2进行混频，得到I2、Q2两路信号；I1、Q1、I2、Q2四路信号送去积分单元去掉高频分量，再进行鉴相得到两路输入信号的相位差；将鉴相得到的相位差经过环路滤波器送回给本地NCO1或本地NCO2，消除环路中存在的相位差值；最后将基准相差调制输出。本发明的方法能够实时校准1°/s～10°/s内的链路变化。
文档编号H04B7/04GK102571170SQ201110442028
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者何国龙, 刘敏, 李国民, 李小梅, 李晓亮, 赵天婵, 阎春生, 黄英 申请人:北京遥测技术研究所