[发明专利]基于无人机的相控阵系统收发通道一致性标校方法

说明书

本发明提出的一种基于无人机的相控阵系统收发通道一致性标校方法，旨在提供一种标校性能好，标校方法简便、快捷的标校方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在发起标校命令后，无人机点位计算模块根据标校区域n的指向方向计算区域n标校时无人机的标校点位；标校流程控制模块对标校区域n的参考阵元进行选择；无人机上的变频器转换上行信号频率，并转发形成下行信号无线链路标校闭环回路；幅/相标校算法模块计算待标校阵元的相位和幅度，对标校区域n中的第m个待标校阵元分别进行上行标校和下行标校，判断是否完成区域n中所有阵元的标校，是则设置标校区域序号n＝n+1，然后判断标校区域序号n是否＞N，直到完成N个区域的阵元标校。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，一种适用于全空域相控阵系统的通道一致性标校方法。

背景技术

随着技术的发展，在空间、临近空间、空中的飞行器数目越来越多，全空域多目标测控成为航天测控领域的一个突出问题。不论是采用基于地基的多目标测控系统，还是天基测控网系统，高效的天线系统都是保证对多目标实施有效测控管理的关键子系统。典型的地面站需要一个或者多个高性能的天线系统，能够在全空域范围内对测控目标保持持续的跟踪、测量与控制。全空域相控阵测控系统作为下一代地面测控系统的发展趋势。近年来，虽然测控天线的性能和形式有了新的突破和发展，但在全空域覆盖，快速、精确跟踪，同时伺服多个目标等方面尚显不足。如何对全空域内多目标进行同时测控是测控领域的复杂且重要问题。波束形成技术作为全空域相控阵测控系统的关键技术,其形成方式及算法的设计尤为重要。目前能够满足全空域覆盖的阵列天线主要有如下几种结构形态:多面阵、曲面或共形阵以及透镜阵天线。多面阵天线都能够使波束最大增益方向指向期望目标，且在干扰方向形成零陷。球面阵在全空域内具有均匀波束增益以及低极化和低失配损失，球面阵阵元共形球面分布,相位中心唯一,球面扫描增益一致,对于目标跟踪可平滑过渡。但阵面复杂，工程实现难度大，自适应波束控制难以实现。虽然球面阵在全空域覆盖方面具有独特的优势，工程实现和波束控制网络方面不易实现。并且由于阵面间的遮挡效应，对于不同的空间方位，参与发射接收的天线阵元通常不一样。在波束形成中，处于遮挡阴影区的天线单元方向图应置零。因此，对阵面间遮挡判断尤为重要，它是分析波束形成的前提。对多面阵以及曲面阵面间的遮挡判决将相当复杂，且很难判断遮挡的前后关系。由于多面阵天线的立体几何结构，使各阵面受到遮挡效应的影响。遮挡一般可以分为两种形式:一是凸曲面自身的遮挡；二是其它面对该阵面的遮挡。只有未被遮挡的阵元参与天线的波束形成，被遮挡的阵元无法接收到信号，将其方向性函数置零。因此，多面阵天线接收期望和干扰信号分别为方向图的旁瓣变高，零点深度变浅，波束形成性能明显下降。对遮挡效应的正确判断是共形天线阵列流行建模的先决条件之一，最常用的遮挡判决方法是物理光学法，它是一种高频近似法，具有算法简单，通用性强等优点，但对于曲面阵和阵面数较多的面阵计算量较大。在多目标、全空域测控中，为了使阵列天线具有足够的空间分辨能力，天线必须有足够大的口径。同时为了保证天线波束在全空域覆盖范围，避免栅瓣的影响，阵列天线的阵元间距不能过大。因此，对于多面阵天线，其阵元数目都将相当庞大。如果仍采用阵元级的数字波束形成方法，需要对每个阵元接收信号进行单独处理，每个阵元则组成一个通道，对这样的系统需要十分庞大的硬件设施，将给天线的安装、维护，波束形成算法的实现和实时性带来巨大困难。过多的天线子阵将使波束形成算法复杂度大大增加；但阵面数目过少不仅会造成严重的栅瓣效应，还会影响天线在不同空间指向上的增益稳定性。为此需要确定合适的面阵数，使其同时满足全空域覆盖、波束控制以及工程实现等方面的要求。在增益近似稳定的前提下，阵面数目越少越便于对波束控制的实现。若将全空域划分，由不同位置的阵元负责相应的空域，虽然能够避免遮挡判决，但在对全空域目标跟踪测控时，会带来子阵的分配与管理以及波束切换策略等复杂问题。