[發(fā)明專利]業(yè)務(wù)不中斷的星載多波束天線發(fā)射通道校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711076941.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107682098B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王帥;安建平;邢成文;卜祥元;金鑫;林玉潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B17/12
• 分類號(hào): H04B17/12;H04B7/0408
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.業(yè)務(wù)不中斷的星載多波束天線發(fā)射通道校準(zhǔn)方法，其特征在于：將超低功率校準(zhǔn)信號(hào)與正常通信業(yè)務(wù)信號(hào)疊加，同時(shí)經(jīng)過(guò)上變頻器、功放等模塊后通過(guò)發(fā)射天線陣列輻射，地面幅相校準(zhǔn)接收機(jī)通過(guò)并行相關(guān)器估計(jì)各發(fā)射通道的幅相誤差系數(shù)，并引入迫零均衡器消除通信信號(hào)對(duì)超低功率校準(zhǔn)信號(hào)的強(qiáng)干擾，得到更高精度的幅度和相位校準(zhǔn)因子，調(diào)整裝置根據(jù)幅度和相位校準(zhǔn)因子對(duì)發(fā)射通道的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整,本發(fā)明能在不中斷業(yè)務(wù)的條件下實(shí)現(xiàn)高精度校準(zhǔn)，不額外占用頻譜資源，同時(shí)保證通信質(zhì)量；

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

業(yè)務(wù)不中斷的星載多波束天線發(fā)射通道校準(zhǔn)系統(tǒng)，其校準(zhǔn)步驟包括：

步驟一、每個(gè)發(fā)射通道對(duì)應(yīng)唯一的正交擴(kuò)頻序列，校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊對(duì)各路擴(kuò)頻序列分別進(jìn)行內(nèi)插和脈沖成型得到基帶波形，數(shù)字上變頻將基帶校準(zhǔn)信號(hào)的頻譜搬移至中頻，最后，經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后得到模擬中頻校準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)波束形成網(wǎng)絡(luò)輸出通信信號(hào)；

步驟二、每個(gè)發(fā)射通道的定向耦合器將步驟一得到的模擬中頻校準(zhǔn)信號(hào)和通信信號(hào)進(jìn)行不等功率合成得到中頻混合信號(hào)；

其中，模擬中頻校準(zhǔn)信號(hào)和通信信號(hào)進(jìn)行不等功率合成時(shí)，模擬中頻校準(zhǔn)信號(hào)功率遠(yuǎn)低于通信信號(hào)功率；

步驟三、射頻發(fā)射模塊將步驟二生成的中頻混合信號(hào)的頻譜從中頻搬移至射頻，濾除帶外雜波，并放大信號(hào)功率后得到射頻混合信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射天線陣列輻射；

步驟四、地面幅相校準(zhǔn)接收機(jī)接收步驟三輻射出的射頻混合信號(hào)，再進(jìn)行低噪聲放大、下變頻至中頻、濾除帶外雜波輸出模擬中頻混合信號(hào)；

步驟五、模擬中頻混合信號(hào)通過(guò)數(shù)字處理模塊中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字下變頻器得到數(shù)字基帶混合信號(hào)；

步驟六、并行相關(guān)器將數(shù)字基帶混合信號(hào)與相應(yīng)的擴(kuò)頻序列進(jìn)行相關(guān)，估計(jì)各發(fā)射通道的幅相誤差系數(shù)；

其中，并行相關(guān)器由校準(zhǔn)信號(hào)的相關(guān)器和通信信號(hào)的相關(guān)器組成；若以發(fā)射通道所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻序列和觀察窗口內(nèi)通信信號(hào)的采樣值為列向量組成一個(gè)矩陣A，則并行相關(guān)器的單位脈沖響應(yīng)矩陣為A^H，(·)^H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，若輸入的數(shù)字基帶混合信號(hào)用向量r表示，則并行相關(guān)器輸出的幅相誤差系數(shù)向量為其中為復(fù)向量，其模值表示各發(fā)射通道的幅度誤差，其相位角表示各發(fā)射通道的相位誤差；

步驟七、將步驟六得到的各發(fā)射通道的幅相誤差系數(shù)通過(guò)迫零均衡器消除通信信號(hào)對(duì)超低功率校準(zhǔn)信號(hào)的強(qiáng)干擾，得到更高精度的幅相誤差系數(shù)，其倒數(shù)的模值即為幅度校準(zhǔn)因子，其倒數(shù)的相位角即為相位校準(zhǔn)因子，然后將幅度和相位校準(zhǔn)因子反饋回星載多波束天線上的調(diào)整裝置；

其中，若令迫零均衡器的輸出值組成的向量為M，則解算公式為(·)^-1為矩陣求逆；

步驟八、星載多波束天線上的調(diào)整裝置根據(jù)接收到的幅度和相位校準(zhǔn)因子對(duì)各發(fā)射通道的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整；

至此，從步驟一到步驟八，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)不中斷的星載多波束天線發(fā)射通道校準(zhǔn)，

業(yè)務(wù)不中斷的星載多波束天線發(fā)射通道校準(zhǔn)系統(tǒng)包括星載多波束天線和地面幅相校準(zhǔn)接收機(jī)，

其中，星載多波束天線包括：波束形成網(wǎng)絡(luò)、定向耦合器、調(diào)整裝置、射頻發(fā)射模塊、發(fā)射天線陣列和校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊；地面幅相校準(zhǔn)接收機(jī)包括接收天線、射頻接收模塊和數(shù)字處理模塊；

其中，校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊包括：正交擴(kuò)頻序列發(fā)生器、內(nèi)插濾波器、脈沖成型濾波器、數(shù)字上變頻器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器；數(shù)字處理模塊包括：模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻器、并行相關(guān)器和迫零均衡器；

業(yè)務(wù)不中斷的星載多波束天線發(fā)射通道校準(zhǔn)系統(tǒng)中各模塊的功能如下：

波束形成網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)輸入信號(hào)按預(yù)設(shè)的幅度和相位關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的衰減和移相，得到用于通信業(yè)務(wù)的通信信號(hào)；

校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊，用于為各發(fā)射通道產(chǎn)生模擬中頻校準(zhǔn)信號(hào)；

定向耦合器，用于將波束形成網(wǎng)絡(luò)得到的通信信號(hào)和校準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊得到的模擬中頻校準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行不等功率合成得到中頻混合信號(hào)，為保證通信質(zhì)量不受影響，合成時(shí)模擬中頻校準(zhǔn)信號(hào)功率遠(yuǎn)低于通信信號(hào)功率；

射頻發(fā)射模塊，用于將定向耦合器得到的中頻混合信號(hào)的頻譜從中頻搬移至射頻頻段，濾除帶外雜波，并放大信號(hào)功率得到射頻混合信號(hào)；

發(fā)射天線陣列，用于輻射射頻發(fā)射模塊得到的射頻混合信號(hào)；

接收天線，用于接收發(fā)射天線陣列輻射的射頻混合信號(hào)；

射頻接收模塊，用于對(duì)接收天線接收到的射頻混合信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、下變頻和濾除帶外雜波得到中頻混合信號(hào)；

數(shù)字處理模塊，用于對(duì)射頻接收模塊輸出的中頻混合信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，提取各發(fā)射通道的幅度和相位校準(zhǔn)因子并反饋給調(diào)整裝置；

調(diào)整裝置，用于根據(jù)輸入的校準(zhǔn)因子對(duì)各發(fā)射通道的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整。