[发明专利]数字多波束系统发射零值在线监测方法

说明书

本发明提出的数字多波束系统发射零值在线监测方法，旨在提供一种监测准确，对多波束天线阵面大小、波束个数没有限制的射频闭环在线发射零值监测方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在每个子阵上，将含有m个波束的发射工作信号从n个通道的射频口耦合出来，直接叠加合成送给子阵内子阵内在线监测单元，实时完成m个波束信号的单向测距值，计算出子阵内n个通道内m个波束的实时移相值，然后将子阵内各波束的实时测距值减去对应的实时移相值，得到每个波束信号测得的实时零值；根据信号质量对数据进行拟合得到子阵的在线监测零值，将所有子阵的在线监测零值送到全阵在线监测单元完成拟合，得到全阵数字多波束系统的发射零值在线监测值R₀。

技术领域

本发明涉及一种数字多波束系统中设备零值的在线监测方法。这里的“数字多波束系统”包括相控阵、准真时延阵、全真时延阵等，阵面形式包含平面阵、曲面阵和球面阵等。

背景技术

数字多波束系统的基带信号产生和波束合成均在数字域实现,合成后的数字信号经过D/A和上变频变成模拟射频信号,经过天线阵元辐射,在空中形成相应波束。在数字多波束系统中，为了使天线波束的指向准确，必须对各阵元的相位和幅度进行严格控制，且能够在全天候的运行中根据环境变化实时检测调整。在实际应用时，无线信道的不确定性、各通道的射频电路对温度、湿度等环境变化的响应及自身性能的漂移都会影响到理想多波束的形成。信号空间传播时延(真距)在无线电测量中，信号通过发射天线发射，经空间传播后由接收天线接收。所谓的信号空间传播时延是指信号在空间传播过程中所花费的时间。其定义为信号由发射天线相位中心到接收天线相位中心所经历的传播时间。信号空间传播时延反映了信号所走过的真实“路程”(时间与光速之积)，因此在取光速为1的情况下，可将其简单地称为“真距”。在测量系统中，测得的距离值除了信号由发射天线相位中心到接收天线相位中心所经历的传播时间外，还包含了信号在设备内传输的时延，设备内传输的时延通常可以实现标定出，称为“设备零值”，分为“发射零值”和“接收零值”。如果设备的收发时延在测量过程中发生变化，那么就很难将他们精确剥离。阵列多波束天线系统发射零值是包含在测距系统中的一个误差项，该误差项与发射通道组成有关，会随温度等环境因素发生改变。在现有测距系统中，通常通过事先标校将该误差项测量出，用于后端数据处理扣除。随着系统测量精度的提高，尤其是在导航等高精度测量系统中，设备发射零值随温度变化引入的波动将严重影响系统的测量精度，导致系统性能下降，事先标校已无法满足测量精度要求。

此外，在现有数字多波束系统中，无线闭环监测需要在现场建设标校塔或标校杆，对于大型相控阵而言，要满足标校条件的标校塔距离要求远，高度要求高，且受多径影响，监测精度会受到严重影响。子阵内各个通道信号的由于波束形成产生后不同的时延，通过射频口耦合回来直接叠加将会产生误差，误差与波束指向角度相关，而不同波束的指向值不同。由于通道数很多，不能像单天线一样对单个通道逐一零值测量。现有零值标校的做法是射频无线闭环，依赖于标校塔或标校杆，对于阵面大的系统无法在现场进行标校，更无法实现在线实时标校。因此，为满足高精度测量系统需求，有必要对发射零值进行实时在线监测，用于系统测量补偿。

发明内容

为了克服现有数字多波束系统零值监测的不足，提高标校便利性，实现发射零值实时在线监测。本发明提出一种操作简便可靠，监测准确，不需要任何外部系统配合，摆脱对标校塔的依赖，对多波束天线阵面大小、波束个数没有限制的射频闭环在线发射零值监测方法。