[发明专利]一种相控阵天线快速校准方法及校准系统

摘要

本发明公开了一种相控阵天线快速校准方法及校准系统，通过测量和信号随天线单元相位变化4(N‑1)次(N为相控阵天线单元个数)的和信号功率值，经过算法演算，就可计算出每个天线单元的相位；改变参考信道，再次测量和信号随天线单元相位变化4(N‑1)次的功率值，经过算法演算，就可计算出天线单元的幅度。该方法测量次数少，运算量较小，整个校准过程占用系统的时间开销小，因此该方法具有快速性；整个过程无需进行相位的直接测量，工程实现简单，且功率测量相对于相位测量更加稳定可靠，因此该方法具有稳健性；当相控阵天线的某些通道发生故障时，通过该校准方法获得的其它通道的相位差和幅度值依然有效，不会发生故障扩散，因此该校准方法具有鲁棒性。

主权项

一种相控阵天线快速校准方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、控制相控阵天线接收远场的频率为f的单载波信号，则相控阵天线的第n个天线单元接收到的信号为：Un＝An·sin(2π·f·t+Φn+Hn)式中，An、Φn和Hn分别是第n个天线单元接收信号的未知幅度、未知的固有相位以及已知的相位分布；n＝1,2，...，N；N为天线单元的数量；步骤2、选定N个天线单元中任意一个天线单元作为参考通道；步骤3、针对选定的参考通道X，将该参考通道的相位分布设置为0°；对相控阵天线接收的和信号功率进行四轮测量，其中每轮测量均包括N‑1次测量，即:在每一轮测量中，除参考通道外，其它N‑1个天线单元在N‑1次测量中轮流选定为被测通道，对该选定的被测通道的相位分布进行设置后，再将除参考通道和被测通道之外的其它N‑2个天线单元的相位分布设定为与被测通道的相位分布相差π，并保证相位分布在0‑2π之间；其中，四轮测量对被测通道的相位分布的设定值分别为：π，0，以及3π/2；则得到第一轮至第四轮测量的和信号功率分别为Pi，Pi′，和其中下角标i表示第i个天线单元作为被测通道时对应测得的和信号功率值；将和信号功率Pi，Pi′，和作为PΣ分别代入到和信号功率PΣ与各个天线单元通道信号幅值以及相位的关系式中，得到除参考通道外第i个天线单元的固定相位值：Φi=arctgCiDi]]>式中：Ci=(N-4)(P‾i′-P‾i)-Σh=1,h≠X,h≠iN(P‾h′-P‾h)=4(2N-6)AX[AisinΦi]]]>Ci=(N-4)(Pi′-Pi)-Σh=1,h≠X,h≠iN(Ph′-Ph)=4(2N-6)AX[AicosΦi];]]>其中AX表示参考通道X的理论幅度，为未知数；Ai表示除参考通道X的第i个天线单元的幅度值，i＝1,2，...，N且i≠X；由此得到第i个天线单元通道与参考通道的幅度复乘积：AXAi=Ci2+Di24(2N-6);]]>由此，当以通道X为参考通道时，将N个天线单元的幅度复乘积组成序列[X]，其中序列[X]中第X项为未知的参考通道X的幅度；步骤4、改变参考通道，以天线单元Y作为参考通道，按照步骤3的方法，得到当以通道Y为参考通道时，N个天线单元的幅度复乘积组成的序列[Y]；其中，序列[Y]中第Y项为未知的参考通道Y的幅度，其中Y≠X；步骤5、从N个天线单元中选定一个除参考通道X和参考通道Y的任意一个通道Z；将序列[X]中的各项除以本序列中第Z项后，得到表征各天线单元以通道X为参考通道的绝对幅值序列[X′]；将序列[Y]中各项均除以本序列中第Z项后，得到表征各天线单元以通道Y为参考通道的绝对幅值序列[Y′]；令绝对幅值序列[X′]中第X项等于绝对幅值序列[Y′]中第X项的值，即得到参考通道X的绝对幅值；令绝对幅值序列[Y′]中第Y项等于绝对幅值序列[X′]中第Y项的数值，即得到参考通道Y的绝对幅值；如此，根据得到的各天线单元的固定相位和绝对幅值，即实现了相控阵天线的校准。