[發(fā)明專利]一種相控陣天線在軌校正與形變?cè)u(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111006850.9
• 申請(qǐng)日: 2021-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN113934965A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙宏偉;吳疆;李琳;王迪;瞿顏;李成國;李樊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G06F17/10
• 分類號(hào): G06F17/10;G06F30/17;G06F30/27;G06N3/12;H01Q3/34
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

本發(fā)明涉及一種相控陣天線在軌校正與形變?cè)u(píng)估方法，首先對(duì)有源相控陣天線信標(biāo)、陣面和通道的一體化鏈路進(jìn)行地面結(jié)構(gòu)和幅相測(cè)量；然后在地面幅相測(cè)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計(jì)算得到各個(gè)通道在軌補(bǔ)償相位，完成相控陣天線電性能在軌校正；其次根據(jù)各通道的相位變化值，獲得陣列天線信標(biāo)到各個(gè)陣面單元位置的物理形變長(zhǎng)度；再次通過與陣列天線地面結(jié)構(gòu)測(cè)量數(shù)據(jù)比較計(jì)算，預(yù)測(cè)在軌形變后陣面各個(gè)單元可能的位置坐標(biāo)；最后將陣面形變?cè)谲壴u(píng)估歸結(jié)為陣面單元位置的最優(yōu)化問題，構(gòu)建形變優(yōu)化模型和優(yōu)化約束條件對(duì)陣元位置進(jìn)行更新，在多次迭代優(yōu)化基礎(chǔ)上求解得到最終陣元位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)在軌形面變化評(píng)估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種相控陣天線在軌校正與形變?cè)u(píng)估方法，屬于星載陣列天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

星載SAR(合成孔徑雷達(dá))有源相控陣天線具有高增益、窄波束、波束快速掃描和波束形狀捷變等特點(diǎn)，滿足星載電子信息裝備性能的要求。新型星載SAR相控陣天線口徑大、單板數(shù)目多、外界溫度變化大、單板熱耗大，陣面具有柔性、輕量化的要求，采用桁架方式實(shí)現(xiàn)可靠展開、滿足天線型面高精度要求。受空間環(huán)境等因素影響星載陣列天線在軌可能發(fā)生形面變化，例如每個(gè)單板在不同溫度(-190℃～160℃)背景情況下的熱變形、多個(gè)天線單板在軌展開形面誤差精度控制不到位，這些形變對(duì)SAR相控陣天線性能都有重要影響。開展大型大規(guī)模陣列天線形面誤差評(píng)估和電性能校正技術(shù)研究，可以降低對(duì)天線結(jié)構(gòu)板和展開系統(tǒng)的剛度要求，實(shí)現(xiàn)星載SAR有效載荷系統(tǒng)的總體減重以及相控陣技術(shù)的突破和更新?lián)Q代。

傳統(tǒng)大型陣列天線形變誤差測(cè)量和天線性能校正方案，一般采用構(gòu)建空間大距離高精度相機(jī)測(cè)量與機(jī)械控制標(biāo)校系統(tǒng)、或者利用陣面表面分布的實(shí)時(shí)傳感器監(jiān)測(cè)與信號(hào)處理校正系統(tǒng)，完成對(duì)天線陣面變形的分析、測(cè)量和結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。這些測(cè)量和校正系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)誤差的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和校正，但是很大程度受限于測(cè)量設(shè)備的安裝精度，同時(shí)增加了衛(wèi)星載荷設(shè)計(jì)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，經(jīng)常無法滿足衛(wèi)星平臺(tái)的重量限制要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種相控陣天線在軌校正與形變?cè)u(píng)估方法，利用相控陣有源鏈路特性，將陣面形變結(jié)構(gòu)特征與有源通道幅相測(cè)量相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)天線電性能校正和形變誤差評(píng)估功能。

本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

一種相控陣天線在軌校正與形變?cè)u(píng)估方法，包括以下步驟：

(1)將陣列天線的信標(biāo)、無源陣面和有源通道構(gòu)建一體化校正鏈路；

(2)在地面完成輻射陣面形面精度校正和機(jī)械結(jié)構(gòu)測(cè)量并記錄表格A1；

(3)在地面暗室完成有源通道配平和幅相一致性檢查并分別記錄表格為A2和A3；

(4)依次改變各個(gè)通道移相器的不同位態(tài)，測(cè)量并記錄對(duì)應(yīng)的合成電場(chǎng)功率電平值；

(5)采用抗噪聲干擾的有源通道相位校準(zhǔn)方法得到各個(gè)通道的相位校準(zhǔn)值并記錄表格；

(6)在地面幅相測(cè)量數(shù)據(jù)表A2和A3的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到各個(gè)通道的在軌補(bǔ)償相位，實(shí)現(xiàn)相控陣天線在軌電性能校正；

(7)根據(jù)各有源通道的相位變化補(bǔ)償值，獲得在軌形變后陣列天線信標(biāo)到各個(gè)陣面單元位置的物理長(zhǎng)度變化值；

(8)通過地面結(jié)構(gòu)測(cè)量數(shù)據(jù)表A1和在軌信標(biāo)到各個(gè)單元的長(zhǎng)度變化值，預(yù)測(cè)在軌變形后各個(gè)陣面單元位置可能的坐標(biāo)位置；

(9)將陣面形變?cè)u(píng)估歸結(jié)為陣面單元位置的最優(yōu)化問題，構(gòu)建形變優(yōu)化模型和優(yōu)化約束條件對(duì)陣元位置進(jìn)行更新，從而在多次迭代優(yōu)化求解得到陣元位置值，實(shí)現(xiàn)陣列天線的在軌形面誤差評(píng)估。

進(jìn)一步的，步驟(1)中陣列天線校正采取外校準(zhǔn)方法，使一體化校正鏈路包含信標(biāo)天線、無源陣面和有源通道。