[发明专利]相控阵天线阵元通道一致性多模并行处理标校方法

说明书

本发明公开的一种相控阵天线阵元通道一致性多模并行处理标校方法，简单可靠、耗费硬件资源小，一致性标校效率高。本发明通过下述技术方案予以实现：启动相控阵天线系统阵元通道一致性标校后，首先根据相控阵天线射频前端及天馈阵列系统设置划分天线阵面标校区域，多模参考源注入标校参考信号，按照划分的标校区域分配各个区域号及标校配置资源；连续波校正源基于幅度、相位估计单元并行方式对时域相干的时延进行估计，纠正通道间时延差；完成一致性校正标校后，多模参考源将各个阵元标校区间的待标校信号归一化到同一参考点上进行实时校准补偿，统一通过数据上报单元送监控及数据处理单元处理，将一致性标校值送相控阵天线系统监控数据库中存储。

技术领域

本发明涉及相控阵天线阵列信号处理技术领域，一种基于多模并行处理的改进型相控阵天线阵元通道一致性标方法。

背景技术

相控阵天线可采用先进的数字信号处理技术对阵列信号进行处理，在保留了天线阵列单元信号的全部信息基础上可以获得优良的波束性能，方便地得到高分辨和低旁瓣的性能，可实现波束扫描、自适应波束形成与对全空域动态目标的波束跟踪等功能。但阵列通道误差的存在使得这些优越性受到影响。随着阵列信号理论及数字集成电路技术的迅猛发展，自适应数字波束形成技术已在相控阵系统中得到应用。自适应数字波束形成取代了传统相控阵系统中对波束控制的衰减器、移相器，利用数字技术实现基带信号的加权，对天线的方向图进行增益和形状控制。但是,常规自适应波束形成和DOA估计方法的性能受限于阵列天线的实际阵元数量和孔径大小,当阵列天线处理的信源数量超过实际阵列自由度时,常规自适应波束形成方法的输出性能和常规DOA估计方法的分辨性能都会严重下降。

相控阵雷达天线通常需要具有准确指向的波束扫描，低副瓣，窄波束宽度等特性。在实际的研究和生产过程中，由于各种元器件在结构、尺寸、工艺误差等方面并非绝对一致，线缆长度、传输损耗、接头连接也不可能完全相同，实际系统中受器件参数差异和工艺水平的制约，不能保证所有通道链路在硬件上完全一致。加上相控阵天线器件的不一致性以及制造公差和装配误差等因素的影响,导致通道间幅度和相位不一致。并且前端组件馈入相控阵天线单元的微波信号也存在功率和相位上的差异和起伏，因此，各天线单元所产生的信号在幅度和相位上难以绝对一致。这些幅度和相位的不一致性最终会影响到相控阵天线的方向图上，使波束方向图的主瓣增益降低，旁瓣电平升高；相位误差不仅会使波束主瓣增益降低，旁瓣电平抬高，还会引起波束指向偏差，降低天线的实际性能。即使采用前沿的光实时延技术的光控相控阵天线也会存在延时误差，影响天线性能。

相控阵天线技术的核心问题是波束形成，其关键技术包括：波束形成算法技术与相控阵天线阵元的幅度、相位一致性标校技术。为了实现精确波束合成，要求各射频收发模块的增益和时间延时相同，各阵元之间的同步成为需要解决的关键问题。由于数字相控阵中各射频收发模块的特性不可能相同，也不可能保持不变。射频收发芯片之间的性能差异、温度变化等，会导致各射频收发模块的增益和时延不相同，造成波束方向图发生畸变。又由于整个发射系统需要多个阵元协同工作，而同阵元通道间的软硬件不可能完全一致，从而造通道间信号的幅度、相位和时延不一致，继而影响成波束的指向精度。如果不进行有效的检测与校正,直接进行射频波束合成会导致波束合成会导致波束指向出现偏差，甚至会指向错误。

在机载、舰载应用中,安装天线的附近往往存在有对电磁波有较强散射性的部件，如机翼、桅杆等构成了影响天线工作特性的近场散射环境。而且数字相控阵中的时钟和同步信号需要经过很长的传输线，且每条传输线的布线路径也不同，信号在这些传输线上的延迟误差直接导致射频收发模块的相位误差。因此，通道间相位误差通常超出均衡器的补偿范围。一些传统的相控阵通道一致性校准方法，包括常用的时域均衡算法、频域均衡算法，都已无法有效实施。虽然阵列信号处理技术能够给相控阵雷达带来更高的目标估计精度和对干扰、杂波的空间抑制能力,但是实际应用中复杂的环境也给现有的阵列信号处理算法的应用带来了新的问题。