[发明专利]一种星载多波束天线系统发射通道实时校准系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载多波束天线系统发射通道实时校准测量方法，特别是涉及使用星载数字波束形成网络(Digital Beam Formation，简称DBF)的天线系统多路发射通道的实时校准测量方法。

背景技术

随着通信卫星技术的飞速发展，星载天线技术也得到了快速发展，由于多波束天线具有频带利用率高，通信容量大，EIRP值高的特点，已成为新一代大容量通信卫星普遍采用的技术。

目前通信卫星星上多波束天线的波束形成技术包括模拟波束形成和数字波束形成，模拟波束形成技术采用功率分配器和移相器组成波束形成网络，给馈源阵列各个阵元馈以适当的幅度和相位，合成各阵元辐射场产生不同的波束。数字波束形成(DBF)技术在天线波束形成的基础上，引入先进的数字信号处理方法，在不改变天线物理状态的情况下，改变天线波束方向图，形成新的数字波束，比模拟波束形成技术具有很大的灵活性，可以提高通信容量，增强频率复用效率，实现精确的波束赋形。

在星载多波束天线系统中，多路收发通道的幅相一致性是实现天线主要性能的前提，由于卫星在轨长期工作时，其有源器件将随工作时间的增加而逐渐老化，并引起不同通道间信号幅度和相位的变化，因此需要采用通道校准技术来保证多路通道的一致性。过去广泛应用在卫星通信系统中的远程校准方法利用星地链路获得校准因子，再进行多路通道的校准，校准时间长，且容易受到星地链路性能的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种星载多波束天线系统发射通道实时校准系统和方法，能够实现发射通道的快速实时校准和高精度校准。

本发明包括如下技术方案：

一种星载多波束天线系统发射通道实时校准系统，所述校准系统包括发射系统通道校准模块、发射数字波束形成网络和计算机；发射系统通道校准模块包括DDS模块、A/D变换模块、数字下变频模块、控制器，比较模块、信号采样和FFT变换模块；发射系统通道校准模块的DDS产生初始单频点射频信号，通过A/D变换、数字下变频和控制器转换为单频点数字信号；发射数字波束形成网络接收到单频点数字信号，在原始权的控制下通过波束加权、数字上变频和D/A变换生成射频信号；经发射通道传输的射频信号传回给发射系统通道校准模块，由所述比较模块将其与DDS模块产生的初始单频点信号进行比较，经信号采样和FFT变换模块得到发射通道的幅度和相位信息；将上述幅度和相位信息输入给计算机获得各射频通道校准权值；将上述校准权值输入给发射数字波束形成网络进行权值更新，由发射数字波束形成网络生成补偿后的射频信号输出给各射频通道。

一种星载多波束天线系统发射通道实时校准方法，包括如下步骤：

(1)发射系统通道校准模块产生初始单频点射频信号，通过A/D变换、数字下变频转换为单频点数字信号；

(2)发射DBF接收到单频点数字信号，在原始权的控制下通过波束加权、数字上变频和D/A变换生成射频信号；

(3)经发射通道传输的射频信号传回给发射系统通道校准模块，将其与所述初始单频点信号进行比较，再进行信号采样和FFT变换，得到发射通道的幅度和相位信息；

(4)将上述幅度和相位信息输入给计算机获得各射频通道校准权值；

(5)将上述校准权值输入给发射DBF进行权值更新，最后由发射DBF生成补偿后的射频信号输出给各射频通道，实现通道校准。

对星载多波束天线系统多路发射通道进行分级校准，首先进行发射DBF和发射机级联后的发射通道校准；然后，将发射机与Butler矩阵相连构成完整的发射通道，进行整个发射通道的校准。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明采用星载DBF和通道校准模块组成星上校准系统，通过计算机遥控发出校准指令，对各射频通道进行实时监测和校准；这种校准测量方法避免了星地链路远程校准时间长和易受链路影响的缺点。本发明适用于星载数字多波束天线系统在轨长期工作的状态，由于卫星有源器件随工作时间的增加而逐渐老化，引起不同通道间信号幅度和相位的变化，本发明可以对通道性能进行实时检测并进行校准，比星地链路远程校准的精度和效率高，具有很强的实用性。

(2)本发明对星载多波束天线系统多路发射通道进行分级校准测量，降低了校准测量难度，严格控制了各通道的幅度相位误差。

附图说明

图1为S频段星载多波束天线系统组成框图；

图2为本发明具体应用的发射通道模型；

图3为本发明校准系统模型；

图4为本发明分级校准原理框图；