基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法，通过数字矢网和控制系统自动完成数字相控阵的校准和测试。数字矢网产生模拟信号发射给数字相控阵，接收数字相控阵的数字信号；数字矢网产生数字信号发送给数字相控阵，接收数字相控阵发射的模拟信号；比较数字矢网的模拟信号和数字信号，完成数字相控阵通道校准；校准后，数字矢网接收数字相控阵的合成模拟信号、合成数字信号，得到数字相控阵的发射方向图和接收方向图。其中数字矢网、数字相控阵的工作模式、信号数据等由控制系统设置。采用本发明专利技术的数字相控阵校准和测试方法，实现了数字相控阵的高精度、高效率和高度自动化的校准和测试，并使数字相控阵的校准和测试过程方便、快捷。快捷。快捷。

【技术实现步骤摘要】
基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法


[0001]本专利技术是一种针对数字相控阵的校准和测试方法，属于数字相控阵
，特别涉及一种基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法。

技术介绍

[0002]随着半导体微电子技术的快速发展，数字波束合成(DBF)技术在相控阵系统中得到应用，数字相控阵成为一种新型相控阵。不同于传统相控阵采用衰减器、移相器等实现对波束的控制，数字相控阵采用数字信号处理技术对阵列通道信号进行幅度加权和相位调控，实现了更加准确的波束指向和灵活的波束赋形，且具有更易实现同时多波束、更高的网络吞吐量和更低的网络发现时间等优势，因此，数字相控阵在雷达探测、卫星通信、移动基站通信等军用和商用领域中发展前景广阔。
[0003]由于阵列各通道间器件性能差异、时钟和同步信号传输路径差异、阵列天线单元的实际位置误差以及阵列天线单元间的互耦效应等因素的影响，阵列通道之间的初始相位和幅度具有不一致性，会造成阵列波束方向图发生畸变，因而数字相控阵对通道一致性提出了较高的要求。数字相控阵在使用之前需要通过阵列通道校准改善阵列通道间的一致性，校准精度在很大程度上将影响数字相控阵的系统性能。
[0004]目前，国内外大多数相控阵校准方法都是针对模拟相控阵实现的，主要有以下三种方法：
[0005]方法一是旋转电矢量法，通过逐一改变每一个通道的相位，测量整个阵列在特定波束指向上的远场功率变化曲线，得到每个通道在每个波束指向上的激励幅度和相位。此方法只需测量天线阵列的辐射功率，对测试设备要求不高。但是此方法校准每一个通道每个波束方向都需要测量多次，且随着通道数量的增多，校准效率低；
[0006]方法二是利用天线之间的电磁耦合效应，通过配置一个通道为发射状态，另一个通道为接收状态，完成信号从发射天线到接收天线的辐射，获得通道之间的幅度和相位差异。此方法对于天线之间耦合系数不一致、规模较大的阵列来说，需要非常复杂的算法来获取精确的幅相差异，校准精度和校准效率低；
[0007]方法三是在暗室内通过模拟矢网进行校准，这是目前较通用手段，具体方法为：模拟矢网产生模拟信号送入测试天线，相控阵接收模拟信号，通过改变接收的通道，比较不同接收通道间的信号差异来实现接收通道的校准；然后，模拟矢网产生模拟信号送入相控阵的不同发射通道，测试天线接收到信号后送入模拟矢网，比较模拟矢网接收的来自不同发射通道的信号差异来实现发射通道的校准。此方法校准速度快、校准精度高。然而，由于数字相控阵自身将会实现数字收发信号与模拟收发信号的转换，其阵列收发接口信号都是数字信号，而模拟矢网的输入输出信号都是模拟信号，因此传统模拟矢网不适用于数字相控阵的校准。
[0008]综上所述，目前国内外相控阵的校准方法存在效率低、校准精度低、不适用于数字相控阵校准等问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对数字相控阵通道间初始相位和幅度需要高度一致性的问题，克服了现有校准技术中存在的效率低、校准精度低、不适用于数字相控阵校准等问题，提出了一种校准精度高、校准效率高、校准过程自动化程度高的基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法。
[0010]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法，通过数字矢网和控制系统来完成数字相控阵的校准和测试；数字矢网，即数字矢量网络分析仪，包括模拟域处理部分和数字域处理部分，数字矢网的模拟域端口连接矢网天线，数字矢网的数字域端口与数字相控阵相连；通过控制系统控制数字矢网、机械臂和数字相控阵，机械臂用于操控矢网天线的位置；
[0011]所述数字矢网的功能包括产生模拟域发射信号、接收模拟域信号并完成信号采样、产生数字域发射信号和接收数字域信号；
[0012]数字矢网在模拟域和数字域上包括以下几种工作模式：模拟域发送模式，简称“AT”模式；模拟域接收模式，简称“AR”模式；数字域发送模式，简称“DT”模式；数字域接收模式，简称“DR”模式；
[0013]所述控制系统的功能包括控制数字矢网的模拟域、数字域工作模式，控制数字相控阵的通道开关，调控数字相控阵通道的相位，控制机械臂使矢网天线移动到指定位置，以及保存历史数据。
[0014]进一步地，包括以下步骤：
[0015]S1、进行数字相控阵发射通道的校准，具体如下：
[0016]S11、控制系统向数字矢网发送“DT”、“AR”指令以及数字信号的相位和幅度A0信息，即将数字矢网的模拟域端口配置为接收信号模式，将数字矢网的数字域端口配置为发射信号模式，并使数字矢网产生相位为幅度为A0的数字基准信号发送到数字相控阵；
[0017]S12、控制系统控制机械臂移动位置，使矢网天线对准数字相控阵第n个发射天线位置，矢网天线接收信号；
[0018]S13、控制系统打开数字相控阵的第n个发射通道，其他通道关闭，并命令数字相控阵将数字基准信号转换为模拟信号，通过该发射通道的天线将模拟信号发射出去；
[0019]S14、数字矢网的模拟域得到矢网天线接收信号的相位和幅度A
n
，因此数字相控阵第n个发射通道的校准相位为校准幅度为A
TXn
＝A0/A
n
；
[0020]S15、控制系统存储第n个发射通道chn的校准相位和校准幅度A
TXn
，并关闭数字相控阵chn发射通道；
[0021]S16、重复S12～S15，直至得到数字相控阵所有发射通道的校准相位和校准幅度；
[0022]S2、进行数字相控阵接收通道的校准，具体如下：
[0023]S21、控制系统向数字矢网发送“DR”、“AT”指令以及模拟信号的相位β0和幅度B0，即将数字矢网的数字域端口配置为接收信号模式，将数字矢网的模拟域端口配置为发射信号模式，并使数字矢网产生相位为β0幅度为B0的模拟信号发送到矢网天线，通过矢网天线发射出去；
[0024]S22、控制系统控制机械臂移动位置，使矢网天线对准数字相控阵的第n个接收天线位置；
[0025]S23、控制系统打开数字相控阵的第n个接收通道接收信号，其他通道关闭，数字相控阵将接收信号转换为数字信号，并发送到数字矢网；
[0026]S24、数字矢网的数字域得到数字相控阵第n个通道接收信号的相位β
n
和幅度B
n
，因此数字相控阵第n个接收通道的校准相位为β
RXn
＝β
n
‑
β0，校准幅度为B
RXn
＝B0/B
n
；
[0027]S25、控制系统存储第n个接收通道的校准相位β
RXn
和校准幅度B
RXn
，并关闭数字相控阵第n个接收通道；
[0028]S26、重复S22～S25，直至得到数字相控阵所有接收通道的校准相位和校准幅度；
[0029]S3、进行数字相控阵发射方向图的测试，具体如下：
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法，其特征在于，通过数字矢网和控制系统来完成数字相控阵的校准和测试；数字矢网，即数字矢量网络分析仪，包括模拟域处理部分和数字域处理部分，数字矢网的模拟域端口连接矢网天线，数字矢网的数字域端口与数字相控阵相连；通过控制系统控制数字矢网、机械臂和数字相控阵，机械臂用于操控矢网天线的位置；所述数字矢网的功能包括产生模拟域发射信号、接收模拟域信号并完成信号采样、产生数字域发射信号和接收数字域信号；数字矢网在模拟域和数字域上包括以下几种工作模式：模拟域发送模式，简称“AT”模式；模拟域接收模式，简称“AR”模式；数字域发送模式，简称“DT”模式；数字域接收模式，简称“DR”模式；所述控制系统的功能包括控制数字矢网的模拟域、数字域工作模式，控制数字相控阵的通道开关，调控数字相控阵通道的相位，控制机械臂使矢网天线移动到指定位置，以及保存历史数据。2.根据权利要求1所述的基于数字矢网的数字相控阵校准和测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、进行数字相控阵发射通道的校准，具体如下：S11、控制系统向数字矢网发送“DT”、“AR”指令以及数字信号的相位和幅度A0信息，即将数字矢网的模拟域端口配置为接收信号模式，将数字矢网的数字域端口配置为发射信号模式，并使数字矢网产生相位为幅度为A0的数字基准信号发送到数字相控阵；S12、控制系统控制机械臂移动位置，使矢网天线对准数字相控阵第n个发射天线位置，矢网天线接收信号；S13、控制系统打开数字相控阵的第n个发射通道，其他通道关闭，并命令数字相控阵将数字基准信号转换为模拟信号，通过该发射通道的天线将模拟信号发射出去；S14、数字矢网的模拟域得到矢网天线接收信号的相位和幅度A
n
，因此数字相控阵第n个发射通道的校准相位为校准幅度为A
TXn
＝A0/A
n
；S15、控制系统存储第n个发射通道chn的校准相位和校准幅度A
TXn
，并关闭数字相控阵chn发射通道；S16、重复S12～S15，直至得到数字相控阵所有发射通道的校准相位和校准幅度；S2、进行数字相控阵接收通道的校准，具体如下：S21、控制系统向数字矢网发送“DR”、“AT”指令以及模拟信号的相位β0和幅度B0，即将数字矢网的数字域端口配置为接收信号模式，将数字矢网的模拟域端口配置为发射信号模式，并使数字矢网产生相位为β0幅度为B0的模拟信号发送到矢网天线，通过矢网天线发射出去；S22、控制系统控制机械臂移动位置，使矢网天线对准数字相控阵的第n个接收天线位置；S23、控制系统打开数字相控阵的第n个接收通道接收信号，其他通道关闭，数字相控阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海宁，易诗佳，佘美丽，郝逸飞，李廷军，李娜，程钰间，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：