[发明专利]一种超稀疏天线阵列收发波束方向图的测试方法

说明书

本发明公开了一种超稀疏天线阵列收发波束方向图的测试方法，主要解决现有测量方法和体制无法对超稀疏天线阵列进行地面方向图测试的难题。本发明通过多天线接收同一卫星的回波信号，利用FX相关合成器获取各天线间延迟差和相位差，作为天线间延迟差和相位差的零值；在此基础上对单天线波束宽度内的来波方向进行栅格化，利用对应的延迟差和相位差对各天线接收的卫星信号进行精确补偿，从而实现超稀疏天线阵列收发方向图的测试。本发明具有延迟/相位测量精度高、方法简单可靠等优点，比较适用于区域天线组阵、网络化雷达等超稀疏、分布式天线阵列的远场方向图测试。

技术领域

本发明涉及到深空测控通信中的天线组阵信号合成技术、分布式网络雷达相参合成技术、干涉测量数据处理技术等，特别适用于大规模接收天线组阵、网络化雷达等分布式阵列天线的收发波束合成测试、合成效率分析与评估等相关应用领域。

背景技术

在深空测控通信系统中，由于深空航天器目标与地球测站相距遥远，从几千万到上亿公里，致使现有测控通信设备的接收信号强度非常微弱，分布式收发天线组阵是实现提高发射ERIP和接收信号SNR的有效手段；在网络化雷达系统中，超稀疏的阵列天线的目标探测、干扰抑制、相参性能等均需要对阵天线方向图进行测试验证。传统相控阵天线波束方向图的地面测试方法无法满足超稀疏天线阵列的方向图远场测试条件，因此需要通过在轨卫星等近似远场目标进行测试；另外，与传统相控阵幅相加权天线不同，超稀疏阵列天线还需要解决阵列天线间延迟差、相位差和天线增益不一致等问题，因此需要一种新的超稀疏天线阵列收发波束方向图的测试方法。

发明内容

本发明公开了一种超稀疏天线阵列收发波束方向图的测试方法，该方法通过对大规模阵列天线接收卫星信号进行FX相关合成、高精度阵列延迟差/相位差估计与补偿、阵列天线SNR估计方法等实现超稀疏天线阵列收发方向图的测试。该方法首先设定阵参考天线，利用基于天线位置和卫星粗轨的轨道预报和参考天线构造天线间延迟差和相位差模型，对各天线接收信号进行粗延迟和相位差补偿后实现各天线信号延迟差和相位差的粗对齐，再经过正交下变频和积分清洗后得到复数基带信号并进行FFT运算，在积分周期内进行自谱计算和利用FX相关合成器进行各天线信号与除自身信号外的“总参考信号”的互谱计算，利用互谱相位结果获取该天线信号相对于与总参考信号的残余延迟差和相位差信息，用于修正天线间延迟差和天线间频差模型，引导各天线下一积分周期的信号实现延迟差和相位差的精对齐；利用互谱幅度结果通过迭代计算得到各天线信号的信号功率，结合自谱幅度信息可计算得到各天线的噪声功率，从而实现各天线接收信号信噪比与合成信号信噪比的估计，至此获得了各天线信号间延迟差、相位差和带内信噪比的估计，将所有天线信号经过精确的延延迟差、频差和相位差补偿和幅度加权后直接相加得到总合成信号；利用各天线SNR估计结果和合成信号SNR估计结果得到阵增益值。将该延迟差、相位差和幅度加权的结果作为系统零值补偿至延迟差和相位差模型中，在此基础上根据栅格化不同来波方向得到天线间延迟差和相位差加入到补偿模型中，从而得到单天线波束内所有来波方向的阵合成增益图，结合单天线方向图进而得到天线阵列的收发波束方向图测试结果。本发明比较适用于区域天线组阵、网络化雷达等超稀疏、分布式天线阵列的远场方向图测试，克服了此类阵列无法进行地面方向图测试的难题。

本发明的目的是这样实现的：

一种超稀疏天线阵列收发波束方向图的测试方法，其特征在于包括以下步骤：