大规模全数字化孔径发射外校正方法和系统与流程

本发明涉及数字化天线检测领域，尤其是一种自带相参通道的大规模全数字化孔径发射外校正方法和系统。

背景技术：

1、随着互联网通讯卫星等航天技术的快速发展，对天线的功能以及性能要求越来越高，与以往相比，互联网卫星星座及其载荷分系统提出了功能更加复杂、性能非常苛刻的要求，特别是提出了发射数字同时多波束等新质能力，依靠传统的天线测试技术已不能满足互联网卫星天线测试的要求。

2、数字化天线的发射通道校正是发射方向图测试的基础，直接决定发射数字波束形成的质量。某数字化多波束天线，为了实现大离轴角的国土覆盖以及大功率的通信发射，通道规模设计达到128路之多，需要形成的波束数量达到数十个量级，对数字波束形成的质量要求较高，直接决定发射通道的校正精度要求较高。

3、现有技术采用远场条件下的发射通道外校正，在满足远场条件的暗室，通过双通道高速示波器进行测试对所有发射通道进行遍历测试，记录幅度差与相位差，具体步骤如下：

4、a)数字化孔径上电并完成程序加载配置；

5、b)选取一个发射通道为标准参考通道；

6、c)将标准参考通道通过电缆连接至双通道高速示波器的通道1；

7、d)将数字化天线的发射通道连接至双通道高速示波器的通道2；

8、e)控制标准参考通道与发射通道同时发射；

9、f)在双通道高速示波器上记录两个通道之间的相位差和幅度差，并记录表格；

10、g)切换至下一发射通道，并重复步骤d)至f)，直至通道遍历完成。

11、该方法测试精度以及测试效率均难以适应大规模数字孔径的要求。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的全部或部分问题，提供一种大规模全数字化孔径发射外校正方法和系统，以在解决大规模数字化天线发射通道校正问题的同时，确保较传统校正方式更高的校正精度和测试效率。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种大规模全数字化孔径发射外校正方法，应用于采用超外差发射体制或者零中频发射体制的全数字化天线阵列，所述全数字化天线阵列上阵列排布有多个阵元，各阵元分别设置有相应的发射通道，方法包括：

4、对应于各阵元的位置，建立近场校正坐标系，所述近场校正坐标系上的扫描坐标点与各阵元一一对应；

5、在全数字化天线阵列上，针对预校正的发射频点，一一对应产生各频点的单载波，并将各单载波进行叠加，作为参考信号；

6、控制近场扫描架的扫描架探头依次运动到所述近场校正坐标系上的各扫描坐标点；并且，在所述扫描架探头运动到每一个扫描坐标点时，控制该扫描坐标点对应的阵元发射，其他阵元的发射通道关闭，同时采集此时的参考信号和扫描架探头的测量数据，计算该阵元的校正数据并记录。

7、进一步的，所述针对预校正的发射频点，一一对应产生各频点的单载波，包括：

8、针对预校正的发射频点一一产生对应的频率字，将所述频率字通过dds模块产生对应各频点的单载波。

9、进一步的，所述全数字化天线阵列还设置有公共接收通道，所述扫描架探头的测量数据，通过将所述扫描架探头连接至所述全数字化天线阵列的公共接收通道来获取。

10、进一步的，计算校正数据的方法包括：

11、对采集的参考信号进行快速傅里叶变换，并取当前预校正频点fj处的复数值，j＝1、2…n，n为预校正频点数量；

12、对采集的测量数据进行快速傅里叶变换，表示为当前预校正频点fj处的复数值；

13、通过以下方法分别计算出当前阵元在预校正的频点fj处的幅度差和相位差：

14、幅度差amp(xi,yi,fj)＝20*log10(abs(fjstest(xi,yi)/abs(fjsref(xi,yi)))；

15、相位差phi(xi,yi,fj)＝atan(fjstest(xi,yi).*conj(fjsref(xi,yi)))；

16、式中，(xi,yi)表示第i个扫描点坐标，fj表示当前预校正的频点，fjstest(xi,yi)为对在第i个扫描点坐标的测试信号stest(xi,yi)进行快速傅里叶变换后在频点fj处的复数值，fjsref(xi,yi)为对在第i个扫描点坐标的参考信号sref(xi,yi)进行快速傅里叶变换后在频点fj处的复数值，abs()为绝对值函数，atan()为反正切函数，conj()为共轭函数。

17、进一步的，所述对应于各阵元的位置，建立近场校正坐标系，包括：

18、将所有阵元的中心坐标位置作为扫描坐标点在同一坐标系下进行记录，得到近场校正坐标系。

19、一种大规模全数字化孔径发射外校正系统，应用于采用超外差发射体制或者零中频发射体制的全数字化天线阵列；系统包括全数字化天线阵列、近场扫描架、扫描架控制器和上位机，所述扫描架控制器连接所述上位机，所述近场扫描架连接所述扫描架控制器，所述全数字化天线阵列连接所述上位机；所述全数字化天线阵列上阵列排布有多个阵元，各阵元分别设置有相应的发射通道；所述近场扫描架包括扫描架探头；

20、在所述扫描架控制器上，对应于各阵元的位置，建立近场校正坐标系，所述近场校正坐标系上的扫描坐标点与各阵元一一对应；

21、所述全数字化天线阵列上，针对预校正的的发射频点，一一对应产生各频点的单载波，并将各单载波进行叠加，作为参考信号；

22、所述扫描架控制器控制所述控制近场扫描架的扫描架探头依次运动到所述近场校正坐标系上的各扫描坐标点，并将当前所述扫描架探头到达的扫描坐标点传递给所述上位机；所述上位机控制所述全数字化天线阵列中当前扫描坐标点对应的阵元发射，其他阵元的发射通道关闭，同时采集此时的参考信号和扫描架探头的测量数据，计算发射阵元的校正数据并记录。

23、进一步的，所述全数字化天线阵列针对预校正的发射频点一一产生对应的频率字，将各频率字输送至dds模块产生对应各频点的单载波。

24、进一步的，所述全数字化天线阵列还设置有公共接收通道，所述扫描架探头连接至所述全数字化天线阵列的公共接收通道，所述扫描架探头的测量数据通过该公共接收通道传输至所述全数字化天线阵列并由所述上位机获取。

25、进一步的，所述上位机计算校正数据的方法包括：

26、对采集的参考信号进行快速傅里叶变换，并取当前预校正的频点fj处的复数值，n为预校正频点数量；

27、对采集的测量数据进行快速傅里叶变换，表示为当前预校正频点fj处的复数值；

28、通过以下方法分别计算出当前阵元在预校正的的频点fj处的幅度差和相位差：

29、幅度差amp(xi,yi,fj)＝20*log10(abs(fjstest(xi,yi)/abs(fjsref(xi,yi)))；

30、相位差phi(xi,yi,fj)＝atan(fjstest(xi,yi).*conj(fjsref(xi,yi)))；

31、式中，(xi,yi)表示第i个扫描点坐标，fj表示当前预校正的频点，fjstest(xi,yi)为对在第i个扫描点坐标的测试信号stest(xi,yi)进行快速傅里叶变换后在频点fj处的复数值，fjsref(xi,yi)为对在第i个扫描点坐标的参考信号sref(xi,yi)进行快速傅里叶变换后在频点fj处的复数值，abs()为绝对值函数，atan()为反正切函数，conj()为共轭函数。

32、进一步的，所述扫描架控制通过将所有阵元的中心坐标位置作为扫描坐标点在同一坐标系下进行记录，得到近场校正坐标系。

33、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

34、本发明所设计的针对全数字化天线阵列的发射通道校正方法，依托现有的近场扫描架环境，无需额外的仪器设备，架构简洁，具备同时多频点校正能力。对比传统采用双通道高速示波器的方式，无需物理更换测试通道，自动化程度高，测试效率明显提高；另外，本发明通过设置公共接收通道获取测试数据，并且以数字化参考信号为参考，校正精度明显提高。