[发明专利]一种基于差波束标校的相控阵天线校准方法

说明书

一种基于差波束标校的相控阵天线校准方法，利用相控阵差波束零深特性实现被测相控阵天线与辅助天线的高精度对准，利用接收信号的实测幅度值和实测相位值，以及接收信号的理论相位值，得到相控阵天线各通道的二次幅度补偿值和二次相位补偿值，对相控阵天线的各通道进行高精度的幅度和相位校准。本发明利用差波束零深特性对相控阵天线进行高精度校准的中场测试方法，该方法可实现辅助天线与被测天线高精度对准，且不存在拟合误差，可得到高精度的校准结果。此外，该方法不需要满足远场条件可在暗室全天时进行，不需全站仪等辅助测试设备，具有很强的可操作性和较高的工程价值。

技术领域

本发明涉及航天领域，尤其涉及一种利用差波束零深特性对相控阵天线进行高精度校准的中场测试方法，可应用于相控阵天线单元幅相校准领域。

背景技术

在相控阵雷达天线阵面、T/R组件的机械加工、组装等环节中，受工艺水平、加工能力的制约以及T/R组件单元互耦等因素的影响，天线组装完成后各通道的功率、频谱、幅相会存在一定的不一致性。天线阵面单元的幅相分布与设计值出现偏差，导致相控阵雷达天线零点深度、主副瓣比等指标下降，为达到设计要求必须进行天线各通道的幅相校准工作。

相控阵天线的校准一直是相控阵天线研究的热门问题。主流的相控阵天线校准方法包括：远场测量技术、中场测量、近场测量技术以及采用各种优化方法实现的快速测量与校准技术等。在暗室测试方法中，整个测试系统需要扫描架、辅助天线、转台、波控机、信号发生器和矢量网络分析仪等若干设备协同工作，因此辅助天线与被测天线的对准问题一直是相控阵天线高精度校准的瓶颈。毫米波相控阵天线由于波长较短，校准的效果受其影响尤其明显。

文献《相控阵天线快速校准方法》(“北京航空航天大学学报”，No.12，2016)提出了四相幅度校准法(FPC)，多次改变不同天线单元的相位值，通过测量和通道信号能量的变化，计算出天线单元的相位。该方法可实现快速校准，但是需要第1个天线单元及已知的相位分布为0，即受限于该天线单元与辅助天线对齐程度。文献《相控阵天线中场校正技术及其工程应用研究》(“南京理工大学硕士论文”，2005)提出多点测量的中场校正方法。该方法具有一定的可行性，但需要多次移动辅助天线，且辅助天线移动准确度要求较高。文献《一种相控阵天线网络相差中场校准新方法》(“雷达科学与技术”，No.1，2017)拟合得到阵面相位曲面，估计出阵面相位误差。该方法较为简便，但在模型构建和拟合过程中不可避免地存在误差，且需全站仪辅助测试，对测量精度要求较高。

专利《一种相控阵雷达发射通道远场校准方法及系统》(专利申请号：CN201410631380.9，专利公开号：CN104360328A)在远场辅助天线和被测天线旁边分别架设一个与被测天线极化方向互相垂直的天线，得到对被测天线相位进行校准的基准相位，进而利用被测天线的相位与基准相位得到相位补偿值。该方法较为直观，但需要三个辅助天线且测量距离需满足远场条件。专利《一种相控阵天线多波束自动校准装置及其自动校准方法》(专利申请号：CN201510051961.X，专利公开号：CN104597433A)为实现自动校准，建立法向波束数据库3时，需要在近场条件下，对相控阵天线各工作模式下的法向波束进行逐一校准，校准精度受到辅助天线与被测天线对齐精度的限制。专利《一种相控阵体制接收通道的幅相校准方法》(专利申请号：CN201010252906.4，专利公开号：CN101938305A)提供了一种相控阵体制接收通道的幅相校准方法，该方法较好地控制了接收通道的幅度和相位误差，但需要波束形成网络自带校准源，使用范围受限。

发明内容

本发明提供一种基于差波束标校的相控阵天线校准方法，利用差波束零深特性对相控阵天线进行高精度校准的中场测试方法，该方法可实现辅助天线与被测天线高精度对准，且不存在拟合误差，可得到高精度的校准结果。此外，该方法不需要满足远场条件可在暗室全天时进行，不需全站仪等辅助测试设备，具有很强的可操作性和较高的工程价值。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于差波束标校的相控阵天线校准方法，包含以下步骤：