[发明专利]一种星载波束形成接收通道幅相误差校准系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载阵列天线的校准系统和方法，特别是星载阵列天线波束形成接收通道幅相误差校准系统和方法，能够广泛地应用在星载阵列天线系统中。

背景技术

星载波束形成阵列天线由N个通道组成，每个通道的相位、幅度独立可控，各通道信号经过不同的相位、幅度调整，共同叠加后形成波束输出。对多个接收通道独立可控移相衰减器的相位和衰减值进行控制，可以形成所需要的接收波束。

为了精确的形成波束，需要知道天线各通道实际的幅度、相位响应。然而，实际的幅度、相位响应受各种不可避免的误差以及制造公差的影响并且是时间和温度的函数，所以校准被用来确定实际的幅度、相位响应误差并对实际的幅度、相位进行补偿。

目前出现的阵列天线校准方法很多，按照校准时其信号注入的不同路径可以分为内校准和外校准两大类。

外校准包括近场测量、中场测量、远场测量、换相测量以及REV方法等。外校准是距待测天线一定距离处架设辅助天线进行信号注入或采样，再经过幅相监测和比较，得出单元通道幅相误差，辅助天线的架设可在相控阵天线的近场、中场和远场。与内校准相比，外校准在天线阵内没有大量定向耦合器和矩阵开关元件，但某些外校准方法要求被监测的各路应有高频开关用于接通被测通道。

Dan Davis提出了一个远场测量相控阵天线的模型，它需要一个远距离测试场、辅助天线和转台系统，被测天线装在一个精密的旋转定位装置上，并接收一远场辐射信号，在N个预定的角位置，在天线端口精确地测出天线的幅度相位值，接着进行矩阵求逆运算得到孔径的相位和幅度值。该方法的关键在于要有精密的旋转定位装置。

Mano等人提出了REV(Rotating-element Electric Field Vector)方法，是上世纪八十年代在机载有源相控阵天线的开发过程中提出的一种相控阵天线检测校正方法。它是一种基于功率测量的方法，通过连续改变被测单元移相器的相位，其余所有单元相位状态不变，测量接收功率的变化，然后计算出各单元产生的电场相对于初始合成场的相对幅度和相对相位，由此可以确定各单元的幅相一致性。REV方法虽然数据处理简单，但存在解的模糊性问题，并要求相位连续改变。

Ron Sorace提出的一种在四个正交相位状态下根据功率采样结果进行单元幅度和相位校正的方法，具体校准方法为：为了校准阵列第n个通道的幅相，将所有通道的相位设置成阵波束指向某一特定方位(如基站)，把此时相位状态记作0状态，在第n个通道所有相位状态下测量所接收到的或所发射的功率，把产生最大功率的设置与所假设的0状态设置的差作为校准偏移。对阵列中的每个阵元重复该过程，并根据检测误差调整每个通道的前次相位校正。重复阵列的相位校准和校正直到相位误差在低于可接收的程度时达到收敛，这样就形成了每个通道的新校正值。Ron Sorace的方法不必在所有相位状态下进行测量，只在四个正交相位状态(0°、180°、90°和270°)下进行测量，根据测量值就可得到最大校准偏移量的似然估值。该方法数据处理过程复杂，并且花费时间较长。

Silverstein提出了UTE(Unitary Transform Encoding)和CCE(Control Circuit Encoding)校准方法，其中CCE方法主要用于模拟波束形成；UTE方法主要适用于数字波束形成，当用于模拟波束形成时需要增加额外的硬件设施，并且这两种方法都要求正交码的个数要大于等于阵元数，都需要矩阵求逆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，操作方便的星载波束形成接收通道幅相误差校准系统和方法，能够实现对阵列天线波束形成接收通道的精确校准。

本发明包括如下技术方案：