[发明专利]一种星载相控阵发射天线的在轨校正装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种星载相控阵发射天线的在轨校正装置。

背景技术

星载天线是卫星有效载荷的重要组成部分，对整个卫星通信系统的性能有着极其重要的影响。上世纪九十年代，相控阵技术开始用于通信卫星，其具有损耗低、可大角度动态扫描等优点。而且，利用阵列天线的空间分集效果容易在地球表面实现多波束覆盖，从而提高天线的增益。此外，通过波束间的频率复用，还可以极大地提高卫星通信系统的用户容量。因此，许多卫星星座系统都采用了相控阵天线技术，如全球星、铱星系统。2005年Astrium公司(EADS)制造的Inmarsat-4卫星利用数字波束形成技术产生16个宽波束、228个点波束覆盖全球。

然而，卫星上天后，由于芯片器件温漂、老化以及失效等各方面原因，各通道芯片器件对电信号的幅度/频率、相位/频率响应可能不一致。各通道的幅频、相频响应的不一致，对相控阵天线的波束形成效果将带来致命性的影响。这是因为相控阵天线的核心原理是通过控制送往各个天线单元的信号的幅度和相位来实现理想的天线波束方向图。而现在由于器件的原因，各通道响应出现了不可预见的偏差。因此，在卫星上天后，迫切需要对星载相控阵天线的各通道进行幅相一致性的动态在轨校正，从而保证星载相控阵天线在轨运行时，仍能稳定工作。而且，在轨校正还能纠正相控阵天线在地面加工设计时，由于加工精度、芯片到芯片的偏斜(skew)等原因造成的各通道固定的幅频、相频响应偏差，为相控阵天线实现较好的波束形成效果创造条件。

目前，相控阵天线在地面进行校正时，幅度、相位误差计算常采用最大均方准则(LMS)自适应校正方式，然而该方式的误差计算复杂度高，不适合航天工程移植，而且收敛时间长，卫星通信因校正带来的中断时间较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载相控阵发射天线的在轨校正装置，当卫星在轨运行时，也能动态校正由于器件温漂、老化以及失效等原因造成的星载相控阵发射天线的通道间的幅度、相位误差。

本发明提供一种星载相控阵发射天线的在轨校正装置，其包括校正控制模块、参考信号发生模块、多通道射频发射前端模块、射频反馈模块、幅相误差计算模块、以及幅相校正模块，其中，所述校正控制模块启动在轨校正，触发所述参考信号发生模块产生校正参考信号，并将所述多通道射频发射前端模块的输入由卫星通信信号切换至所述校正参考信号，同时发出反馈接入控制信号给所述射频反馈模块；所述参考信号发生模块在所述校正控制模块的触发下，产生所述校正参考信号，统一发送给所述多通道射频发射前端模块；所述多通道射频发射前端模块包括多通道的射频发射前端，各通道的射频发射前端对所述校正参考信号进行混频、滤波以及放大处理，输出射频发射信号；所述射频反馈模块根据所述反馈接入控制信号反馈所述多通道射频发射前端模块中的某个通道的射频发射信号，依次进行下变频、滤波以及模数转换处理，最后将数字量化的该通道的反馈信号发送给所述幅相误差计算模块；所述幅相误差计算模块接收数字量化的该通道的反馈信号，按照最大似然估计准则计算该通道的反馈信号与所述校正参考信号之间的幅度和相位误差；所述幅相校正模块根据计算得到的该通道的反馈信号与所述校正参考信号之间的幅度和相位误差，补偿该通道的幅度和相位偏差。

在上述星载相控阵发射天线的在轨校正装置中，当接收到校正控制命令或校正时间已到时，校正控制模块1启动在轨校正。

在上述星载相控阵发射天线的在轨校正装置中，所述校正参考信号是单音信号或连续波信号。

在上述星载相控阵发射天线的在轨校正装置中，当在轨校正完成后，所述校正控制模块将所述多通道射频发射前端模块的输入由所述校正参考信号切换至卫星通信信号，并发出校正“完成”信号。

与现有技术相比，本发明提供的一种星载相控阵发射天线的在轨校正装置具有以下优点：

1、本发明的星载相控阵发射天线的在轨校正装置在卫星在轨运行时，能发起校正，这不仅能有效克服器件温漂、老化、失效等不可预知因素影响，同时也能有效校正射频前端加工时由于加工精度、互联电缆间差异以及芯片到芯片间偏斜造成的固定的幅相不一致偏差，从而能有效保证相控阵天线波束形成效果；

2、本发明的星载相控阵发射天线的在轨校正装置采用单音闭环校正装置，相比于最大均方准则自适应校正等方式，其运算量少，收敛速度快，适合工程移植，可有效降低由于校正卫星通信链路中断的时间比率；