[发明专利]一种相控阵天线发射通道幅相误差校正系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及相控阵天线校正领域，具体涉及一种相控阵天线发射通道幅相误差校正系统及方法。

背景技术

相控阵天线是由许多相同天线阵元和对应射频前端构成的天线阵列，每个通道包含了若干微波器件，如辐射天线单元、移相器、电调衰减器、功放、变频器、低噪放、滤波器、限幅器等。相控阵天线在生产过程中由于各器件的不一致性，设备的制造、装配存在公差，使得天线各阵元对应通道的幅度和相位出现较大的误差，即通道幅相误差。另外，由于使用环境的变化，长期使用过程中器件的老化、设备的更换等等，也会引起天线各阵元通道的幅度和相位出现误差。

相控阵天线是通过精确控制各阵列单元的相位、幅度以实现波束合成和控制，各通道之间的幅相误差将引起天线副瓣、波束指向精度等指标下降，影响相控阵天线的性能，严重时甚至不能正常工作。因此，在相控阵天线服役期间对其各通道间幅相误差进行精确校正是相控阵天线正常工作的关键。

目前相控阵天线校正的基本方法是在暗室，通过远场测量进行校正。这种方法，首先需要把相控阵天线从安装平台上转移到暗室，然后在暗室使用各种仪器设备进行测量，操作复杂。

发明内容

本发明旨在提供一种既能够简单工程实现又能够取得较高较正精度的均匀圆阵相控阵天线发射通道幅相误差校正系统及方法，解决均匀圆阵相控阵天线发射通道幅相误差校正问题。

本发明可以通过以下技术方案达到，一种相控阵天线发射通道幅相误差校正系统，包括校正信号源、旋转切换开关、待校正发射通道、辅助接收通道、校正系数计算模块，其特征在于：

待校正相控阵天线的N个发射阵元均匀排列在一圆周上，辅助接收通道阵元位于圆心，其中N是大于1的整数；

校正信号源与旋转切换开关相连，同时与校正系数计算模块相连，产生的校正信号y(k)在传递给旋转切换开关的同时，传递给校正系数计算模块，作为校正系数计算模块的参考信号y_ref(k)，其中k＝0,1,2...表示采样序号；

旋转切换开关与校正信号源和待校正发射通道相连；旋转切换开关由N个开关K₁,...,K_N构成，每个时刻仅仅闭合一个开关，其余N-1个开关断开；第n个开关闭合时，旋转切换开关把校正信号y(k)传递给第n个待校正发射通道；其中，n＝1,...,N；

待校正发射通道包括N个相同结构的发射通道，每个发射通道由D/A、射频前端和阵元组成；每个待校正发射通道接收到的校正信号y(k)经过D/A转换为模拟信号，再经过射频前端和阵元发射到自由空间；

辅助接收通道由参考阵元、射频前端和A/D组成，与校正系数计算模块相连，参考阵元从自由空间接收经第n个待校正发射通道发射的校正信号，通过射频前端，再经A/D转换为离散接收信号y_n(k)，并传递给校正系数计算模块；

校正系数计算模块，分别与校正信号源和辅助接收通道的A/D相连，通过发射的校正信号y(k)和离散接收信号y_n(k)，完成校正系数的计算。

一种相控阵天线发射通道幅相误差校正方法，其特征在于：

①校正信号源持续产生频率与相控阵天线信号载波频率相同的正弦信号y(k)；

②取n＝1，对于第n个待校正发射通道，旋转切换开关中开关K_n闭合，其余开关断开，校正信号y(k)经过第n待校正个发射通道发射到自由空间；校正系数计算模块从校正信号源接收参考信号y_ref(k)＝y(k)，同时，从辅助接收通道接收经第n待校正个发射通道发射的信号y_n(k)；

③校正系数计算模块根据信号y_ref(k)和y_n(k)，采用最小均方(Least Mean Square，LMS)自适应滤波算法，计算出第n个待校正发射通道的校正系数w_n；

④分别取n＝2,3,...,N，按照步骤②-③的方法，计算出每个待校正发射通道的校正系数w_n，从而完相控阵天线发射通道幅相误差校正。

一种相控阵天线发射通道幅相误差校正方法，其特征在于，步骤③中校正系数w_n计算方法的具体实现步骤为：

第一步，设k＝0，并设置初始化校正系数w_n(k)＝1；选定迭代步长μ，步长μ要满足LMS自适应滤波算法收敛条件；