[發明專利]一種利用口徑場反演迭代的有源數字相控陣校準方法

在審

• 申請號: 202211443478.2
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN116170089A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 盧陽沂;汪雋瀟;朱平;胡永君
• 申請（專利權）人: 中國船舶集團有限公司第七二四研究所
• 主分類號: H04B17/12
• 分類號: H04B17/12;H01Q3/26;H01Q3/30;G01R29/10;H04B17/21
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種利用口徑場反演迭代的有源數字相控陣校準方法，涉及天線測量領域。包括：在平面近場范圍內對待校準的有源數字相控陣掃描采樣一次獲取近場數據，包含了各個通道的近場數據和相控陣所有通道合成的近場數據；引入口徑場反演技術得到待測相控陣的口徑場分布，獲取每個通道的校準系數；利用得到的通道校準系數作為權重重新合成相控陣的近場數據；對所述的“近場數據—口徑場分布—通道校準系數—合成近場數據”計算過程進行迭代直至通道校準系數滿足誤差要求，完成有源數字相控陣的校準。本發明實現了有源數字相控陣的快速校準，提高校準效率。

技術領域

本發明涉及天線測量領域。

背景技術

有源數字相控陣由多個天線單元組成天線陣列，通過控制各天線單元的幅相實現特定方向輻射波束掃描，有源數字相控陣的性能依賴于各天線單元及其鏈路的幅相精確度，需要對相控陣標校保障其性能穩定。有源數字相控陣校準是對包含天線和發射/接收組件在內完整鏈路的通道校準。在現有有源數字相控陣校準技術中，是將探頭置于待校準的通道正前方，開啟待校準通道并關閉其余待測通道，采集幅相數據作為該通道的校準系數。這種方法不能消除探頭與待測通道之間耦合和待測通道之間的耦合，而且對于通道數較多的相控陣，需要花費大量的時間。

發明內容

為了解決上述存在的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種利用口徑場反演迭代的有源數字相控陣校準方法，包括如下三個步驟：

步驟1、采樣步驟：在平面近場條件下獲取待測相控陣的初始幅相數據，包含相控陣所有通道合成的近場數據和各個通道的近場數據；

步驟2、校準系數計算步驟：對所述平面近場數據進行口徑場反演得到相控陣的口徑場分布，根據每個通道的物理位置提取對應的激勵幅相并計算通道校準系數；

步驟3、迭代反演步驟：利用所述得到的通道校準系數作為權重和所述相控陣各個通道的近場數據做數字波束形成，合成校準后的相控陣“新”近場數據，對“近場數據—口徑場分布—通道校準系數—合成近場數據”的計算過程進行迭代，直至前后兩次的通道校準系數誤差小于給定的誤差即完成相控陣的校準。

進一步的，上述“近場數據—口徑場分布—通道校準系數—合成近場數據”的迭代計算過程還包括：

確定所述相控陣各個通道的初始幅度校準系數為初始相位校準系數為確定所述相控陣的通道校準系數誤差要求，幅度誤差要求小于∈_A，相位誤差要求小于∈_P；對第1次計算，探頭在z＝d平面上掃描得到相控陣的初始近場數據為E⁰(x,y,z＝d)，由天線平面測量的耦合公式可得到：

其中，參數的含義分別為波矢：波數：天線的平面波譜矢量A，探頭的平面波譜矢量S；探頭的平面波譜數據可由探頭的已知方向圖獲取，利用公式301可計算出待測相控陣的平面波譜；利用電場和平面波譜的關系：

其中,表示經過第1次計算得到的相控陣口徑場幅相分布；將所述相控陣各個通道的物理位置和口徑場分布的位置比對，獲取通道的激勵幅相并計算相應通道的幅相校準系數將第1次計算的通道校準系數與初始通道校準系數作比對，若滿足誤差要求，完成相控陣校準；若不滿足誤差要求，將通道校準系數作用于通道近場數據，利用數字波束形成算法合成“新”的相控陣近場數據E¹(x,y,z＝d)；至此，第1次計算過程結束；將得到的“新”近場數據重復所述“近場數據—口徑場分布—通道校準系數—合成近場數據”過程，直至兩次獲取的通道校準系數小于給定的誤差∈_A、∈_P，結束迭代過程，取最后一次計算的通道校準系數為相控陣的通道校準系數。在口徑場反演計算過程中，所述待測相控陣在x、y兩個方向的平面近場采樣間距為Δx、Δy(Δx，Δy)，對應的采樣點數為M、N，由近場數據計算平面波譜的具體步驟為：