一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法技术

本发明专利技术提供一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法，所述方法为：基于相控阵天线的阵中相邻单元的互耦系数相同原理，通过对定向天线中J1、J2、J3、J4这4个通道进行收发测试，由测试数据计算出定向天线4个通道的幅度相位信息，从而实现定向天线监测功能，再根据理想分布对定向天线进行校准。通过该方法，设备装机后，在没有微波暗室或外场条件不理想的情况下，可自动进行定向天线发射ATC应答射频通道幅相校准。自设备上电后，不需人工干预，自动识别通道连接状态，确认完状态后自动开始进行定向天线幅相校准，无需额外的外场测量校准装置，操作简单，校准后应答空间合成方向图符合技术要求，降低了设备装机后的后期维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法
本专利技术涉及空管
，具体而言，涉及一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法。
技术介绍
机载防撞系统(即ACAS-AirborneCollisionAvoidanceSystem，又称TCAS-TrafficAlertandCollisionAvoidanceSystem)由美国联邦航空局(FAA)定义，目前军民航使用的一般为TCASII型防撞系统，可提供交通告警(TA)和决断告警(RA)。TCAS是防止空中飞机危险接近和相撞事故发生的必不可少的设备，可独立于地面交通管制系统的进行工作。主要用于为飞机提供空中安全分隔保证.系统采用二次雷达的方式探测附近空域的接近飞机，必要时，提醒飞行员采取规避措施，与其它飞机保持适当的安全间距，达到防碰撞的目的。通过近几年的飞行实践证明，该系统是防止飞机空中相撞的最后一道防线，也是目前最有效的手段之一，它克服了地面空中交通管制的局限性，能提供超出地面交通管制所能提供的飞行安全保证能力，对应付空中突发的危险接近，避免空中相撞有巨大的作用。系统的ACAS收发主机是实现防撞功能的关键，其通过控制天线波束指向，对飞机前、后、左、右4个区域进行扫描询问，附近装有空管应答机(S模式/ATCRBS应答机)的飞机(以下称为“目标机”)会做出应答。ACAS收发主机根据收到的应答信号，获得目标机的高度、相对距离、方位等信息，并进而计算其高度变化率，相对距离变化率并结合本机的位置和运动信息，评估出目标机的威胁级别(OT：其它飞机，PT：接近飞机，TA：交通告警，RA：决断告警)，并将不同目标机以相应的图形方式进行显示。机载防撞系统典型配置包括：ACAS收发主机1个、S模式应答机2个、定向天线2个、全向天线2、交通/决断显示器2个、控制盒1个；增强型配置中则包括：综合防撞主机1个(集成了ACAS收发主机及S模式应答机)，定向天线1个、全向天线1个，可选择与综合控显系统交联或者配置独立的显示、控制分机。在TCASII防撞系统中，询问应答功能的实现由分立设备单独实现，即由ACAS收发主机搭配2个定向天线完成监视跟踪和防撞功能，由S模式应搭配2个全向天线完成应答功能。该架构设备间交联关系复杂、重量大、可靠性低、中小飞机由于机身限制无法加装4个天线。将ACAS收发主机和S模式应答机集成到1个防撞主机后，仅需1个定向天线和全向天线即可实现询问、应答、ADS-BOUT/IN等功能，应答和询问功能分时使用定向天线和全向天线进行信号发射。RTCADO-181中对应答天线方向图有指标要求，故使用定向天线进行应答时，需4个阵子同时发射进行应答。由于设备装机后器件老化、更换天线可能造成4个通道之间的幅相特性发生变化，造成使用定向天线4阵子同时发射空间合成的全向方向图不满足要求，因此需定期对定向天线的射频通道进行幅相校准，保证360°范围内的应答作用距离。目前常用的外场校准方法需要专业的外场测量设备，操作复杂、工作量大、对维护人员专业知识要求高，不利于产品后期维护。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法，以解决上述技术问题。本专利技术提供的一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法，包括：基于相控阵天线的阵中相邻单元的互耦系数相同原理，通过对定向天线中J1通道、J2通道、J3通道、J4通道进行收发测试，由测试数据计算出定向天线4个通道的幅度相位信息，从而实现定向天线监测功能，再根据理想分布对定向天线进行校准。具体的，所述方法包括：步骤1，启动天线连接状态自检，如果定向天线中J1通道、J2通道、J3通道、J4通道连接正常，进入步骤4，否则进入步骤2；步骤2，天线连接异常次数errCount自加1，即errCount+1，等待T秒(一般取T＝1)，进入步骤3；步骤3，如果天线连接异常次数errCount大于M次(一般取M＝10)，从FLASH存储器中读取上次天线校准参数，进入步骤36；否则进入步骤1；步骤4，J1通道发射校准信号，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，记录J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1-0，进入步骤5；步骤5，J1通道发射校准信号较步骤4反相180°，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，记录J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1-180，进入步骤6；步骤6，步骤4测得的耦合信号AJ1-0减去步骤5测得的耦合信号AJ1-180，去掉串扰信号，获取J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1，进入步骤7；步骤7，根据J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1，计算得到J2通道耦合的校准信号幅度信息PT1T2和相位信息ΨT1T2，进入步骤8；步骤8，重复步骤4～步骤7，控制J1通道发射校准信号，分别控制J3通道、J4通道收发开关控制为接收，另两个通道收发开关控制为接通负载，分别记录J3通道接收到J1通道的耦合信号幅度信息PT1T3和相位信息ΨT1T3；J4通道接收到J1通道的耦合信号幅度信息PT1T4和相位信息ΨT1T4；进入步骤9；步骤9，重复步骤4～步骤8，分别控制J2通道、J3通道、J4通道发射校准信号，得到对应的校准信号耦合幅度信息PT2T3、PT2T4、PT2T1、PT3T4、PT3T1、PT3T2、PT4T1、PT4T2、PT4T3和相位信息ΨT2T3、ΨT2T4、ΨT2T1、ΨT3T4、ΨT3T1、ΨT3T2、ΨT4T1、ΨT4T2、ΨT4T3，进入步骤10；步骤10，基于相控阵天线的阵中相邻单元的互耦系数相同原理，比较PT1T2、PT1T3、PT1T4、PT2T3、PT2T4、PT2T1、PT3T4、PT3T1、PT3T2、PT4T1、PT4T2、PT4T3的功率大小，选择功率最小的一路作为基准通道；进入步骤11；步骤11，以步骤10选定基准通道，参照步骤4～步骤7原理，按照0.5dB步进分别调整其他3路通道发射程控衰减，选择这3路通道中的一路通道为被测试通道发射校准信号，基准通道收发开关控制为接收，另两路通道收发开关控制为接通负载，更新被测试通道的校准信号耦合幅度信息PX，进入步骤12；步骤12，如果基准通道接收到被测试通道的校准信号耦合幅度信息PX大于基准通道到被测试通道的耦合信号，则程控衰减继续增加0.5dB，重复步骤11～步骤12，否则进入步骤13；步骤13，选择下一通道，重复步骤11～步骤12进行校准；若无下一通道，则初始化最大相位差ΨMAX＝360°，进入步骤14进行相位校准；步骤14，J1通道发射校准信号，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，记录J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1-0，进入步骤15；步骤15，J1通道发射校准信号较步骤14反相180°，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法，其特征在于，所述方法为：基于相控阵天线的阵中相邻单元的互耦系数相同原理，通过对定向天线中J1通道、J2通道、J3通道、J4通道进行收发测试，由测试数据计算出定向天线4个通道的幅度相位信息，从而实现定向天线监测功能，再根据理想分布对定向天线进行校准。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法，其特征在于，所述方法为：基于相控阵天线的阵中相邻单元的互耦系数相同原理，通过对定向天线中J1通道、J2通道、J3通道、J4通道进行收发测试，由测试数据计算出定向天线4个通道的幅度相位信息，从而实现定向天线监测功能，再根据理想分布对定向天线进行校准。


2.根据权利要求1所述的基于TCAS定向天线发射波束控制合成全向方向图的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，启动天线连接状态自检，如果定向天线中J1通道、J2通道、J3通道、J4通道连接正常，进入步骤4，否则进入步骤2；
步骤2，天线连接异常次数errCount自加1，即errCount+1，等待T秒，进入步骤3；
步骤3，如果天线连接异常次数errCount大于M次，从FLASH存储器中读取上次天线校准参数，进入步骤36；否则进入步骤1；
步骤4，J1通道发射校准信号，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，记录J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1-0，进入步骤5；
步骤5，J1通道发射校准信号较步骤4反相180°，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，记录J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1-180，进入步骤6；
步骤6，步骤4测得的耦合信号AJ1-0减去步骤5测得的耦合信号AJ1-180，去掉串扰信号，获取J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1，进入步骤7；
步骤7，根据J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1，计算得到J2通道耦合的校准信号幅度信息PT1T2和相位信息ΨT1T2，进入步骤8；
步骤8，重复步骤4～步骤7，控制J1通道发射校准信号，分别控制J3通道、J4通道收发开关控制为接收，另两个通道收发开关控制为接通负载，分别记录J3通道接收到J1通道的耦合信号幅度信息PT1T3和相位信息ΨT1T3；J4通道接收到J1通道的耦合信号幅度信息PT1T4和相位信息ΨT1T4；进入步骤9；
步骤9，重复步骤4～步骤8，分别控制J2通道、J3通道、J4通道发射校准信号，得到对应的校准信号耦合幅度信息PT2T3、PT2T4、PT2T1、PT3T4、PT3T1、PT3T2、PT4T1、PT4T2、PT4T3和相位信息ΨT2T3、ΨT2T4、ΨT2T1、ΨT3T4、ΨT3T1、ΨT3T2、ΨT4T1、ΨT4T2、ΨT4T3，进入步骤10；
步骤10，基于相控阵天线的阵中相邻单元的互耦系数相同原理，比较PT1T2、PT1T3、PT1T4、PT2T3、PT2T4、PT2T1、PT3T4、PT3T1、PT3T2、PT4T1、PT4T2、PT4T3的功率大小，选择功率最小的一路作为基准通道；进入步骤11；
步骤11，以步骤10选定基准通道，参照步骤4～步骤7原理，按照0.5dB步进分别调整其他3路通道发射程控衰减，选择这3路通道中的一路通道为被测试通道发射校准信号，基准通道收发开关控制为接收，另两路通道收发开关控制为接通负载，更新被测试通道的校准信号耦合幅度信息PX，进入步骤12；
步骤12，如果基准通道接收到被测试通道的校准信号耦合幅度信息PX大于基准通道到被测试通道的耦合信号，则程控衰减继续增加0.5dB，重复步骤11～步骤12，否则进入步骤13；
步骤13，选择下一通道，重复步骤11～步骤12进行校准；若无下一通道，则初始化最大相位差ΨMAX＝360°，进入步骤14进行相位校准；
步骤14，J1通道发射校准信号，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，记录J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1-0，进入步骤15；
步骤15，J1通道发射校准信号较步骤14反相180°，J2通道收发开关控制为接收，J3通道、J4通道收发开关控制为接通负载，记录J2通道接收到的J1通道耦合信号AJ1-180，进入步骤16；
步骤16，步骤14测得的耦合信号AJ1-0减去步骤15测得的耦合信号AJ1-180，去掉串扰信号，获取J2通道接收到J1通道校准信号的耦合信号AJ1，进入步骤17；
步骤17，根据J2通道接收到J1通道校准信号的耦合信号AJ1计算得到校准信号相位信息ΨT1T2，进入步骤18；
步骤18，重复步骤14～步骤17，仍控制J1通道发射校准信号，分别控制J3通道、J4通道收发开关控制为接收，另两个通道收发开关控制为接通负载，分别记录J3通道接收到...

【专利技术属性】
技术研发人员：付红，胡勇，李涛，刘刚，
申请(专利权)人：四川九洲空管科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51