宽带目标阵列的校准系统、装置及其校准方法与流程

xiaoxiao2023-3-29  38



1.本发明涉及目标阵列系统校准技术领域,具体地,涉及一种宽带目标阵列的校准系统、装置及其校准方法,尤其涉及一种宽带目标阵列的内自建校准方法及装置。


背景技术:

2.目标阵列系统是在实验室内模拟空中射频目标信号的系统,属于射频半实物仿真系统关键部分。射频仿真试验弥补了全数字仿真的不足之处,它能更加逼真地仿真实战环境中的电磁环境,更为准确地考核雷达制导系统在实战中的性能情况。因此,目标阵列系统模拟的精度对于考核装备性能有着重要影响。
3.目标阵列系统模拟目标位置的原理主要是基于波音公司提出的幅度重心公式,即根据幅度重心公式分别控制信号幅度并将三路相位一致的信号在空间合成。目标阵列系统精度受限于各路信号的幅相一致性。因此,为保证系统模拟目标位置的精度,需要对目标阵列系统进行标校,即对各路信号的幅相一致性进行校准。
4.传统的目标阵列校准方法多由标准信号源、矢量网络分析仪以及四喇叭接收天线三大件组成,通过干涉原理采用点频连续波对目标阵列天线进行幅相以及角度校准。该方法严重依赖标准仪器,系统连接复杂,无法集成化,且由于使用连续波作为标校信号,耗时相当长。
5.专利文献cn104391187a公开了一种多频点天线阵列标校设备及标校方法,包括如下步骤:校控制管理模块进行天线阵标校控制和数据处理;微波信号源产生标校时天线阵列微波信号;四喇叭接收天线接收天线阵辐射射频信号;接收机模块接收天线辐射的信号进行混频放大;矢量网络分析仪对接收机模块放大后的中频信号进行幅度和相位比较。根据被试装备工作频点对天线阵进行初始值校准、角模拟精度测量与初始值校验校准,使天线阵三元组天线的射频输出信号满足幅相一致性要求。
6.专利文献cn104391187a无法从本质上提高效率,且仪器依赖程度高,未能实现真正的低成本。最重要的是,类似于上述方法的传统方法无法获取各个频点上的绝对幅值和相位,这导致该类方法无法对目标阵列的瞬时带宽进行校准,这导致目标阵列系统无法模拟目前主流的高分辨成像雷达目标。


技术实现要素:

7.针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种宽带目标阵列的校准系统、装置及其校准方法。
8.根据本发明提供的一种宽带目标阵列的校准系统,包括主控模块、数字信号处理模块、变频模块和四元天线:
9.所述四元天线通过微波电缆与变频模块相连,变频模块通过微波电缆以及串口电缆与数字信号处理模块相连,数字信号处理模块通过光纤与主控模块相连,组成宽带目标阵列的校准系统。
10.优选地,所述主控模块用于目标阵列校准控制、存储采集数据和数据处理;
11.所述数据处理包括通过采集到的信号时域数据得到目标阵列各个天线单元的瞬时幅相特性。
12.优选地,所述数字信号处理模块包括:光纤通信模块、通道补偿模块、数据采集模块和信号生成模块;
13.其中,所述光纤通信模块用于实时接收控制指令、传输采集数据给主控模块和提供参考信号;
14.所述数据采集模块用于同时采集四元天线接收到的微波信号;
15.所述信号生成模块用于生成信号,所述信号包括频率、幅度、调制度、脉宽、周期参数可调的极窄脉冲信号、变频控制参数和标校时的微波信号;
16.所述通道补偿模块用于对通道的误差进行补偿。
17.优选地,所述变频模块将输入中频信号上变频至射频、输入射频信号下变频至中频。
18.优选地,所述四元天线用于接收标校时目标阵列辐射射频信号;
19.所述四元天线为多个双极化喇叭天线,能够根据被测阵列的极化方向进行切换。
20.根据本发明提供的一种宽带目标阵列的校准系统的宽带目标阵列的校准方法,在微波半实物仿真试验中的目标阵列投入使用前,需要对目标阵列覆盖的频段进行依次校准,使得目标阵列三元组天线输出射频信号满足幅相一致性要求,宽带目标阵列校准包括:目标阵列初值校准、目标阵列角误差测量;
21.所述目标阵列初值校准是对目标阵列的每一个天线链路辐射信号进行采集、数字信号处理、信号特征分析后得到幅度和相位,并根据天线链路辐射信号和参考信号的幅度和相位的差值生成宽带初值表;
22.所述目标阵列角误差测量是对载入所述宽带初值表之后的目标阵列三元组合成位置进行测量,根据理论合成角与角误差得到实际合成角度值。
23.优选地,所述目标阵列幅相初值校准步骤如下:
24.步骤s1.1:将变频器数模转换输出端口功分两路,一路与变频器任一输入端口连接,提供参考信号;一路与仿真系统连接,通过仿真系统馈电链路送至选中的目标阵列中的天线并向外辐射;
25.步骤s1.2:将光纤将主控模块与仿真系统相连,主控模块将当前待校准的频点以及目标阵列中天线的位置发送给仿真系统,仿真系统选通对应天线;
26.步骤s1.3:主控模块下发控制指令,数字信号处理模块产生极窄脉冲信号,并通过变频器数模转换输出端口对应的通道发射所述极窄脉冲信号给与变频模块连接的变频器任一输入端口对应的通道;一路经过目标阵列系统天线链路,发射引入当前选通通道对应的幅度误差、相位误差的极窄脉冲信号;
27.步骤s1.4:所述极窄脉冲信号经过变频模块下变频对应的中频极窄脉冲信号,然后数字信号处理模块同步采集所述中频极窄脉冲信号并通过光纤通信模块传输至主控模块;
28.步骤s1.5:主控模块对当前选通通道的中频极窄脉冲信号进行单个脉冲周期内的脉冲匹配滤波处理,得到合成大带宽内的信号幅度与相位,进而生成合成大带宽内的幅频
特性曲线与相频特性曲线,并记录数据;
29.步骤s1.6:主控模块对采集的两路中频极窄脉冲信号进行单帧信号长度内的脉冲串匹配滤波处理,得到对应信号的幅度与相位差值,并记录数据,同时生成当前校准的天线序号及完成标志;
30.步骤s1.7:判断所有的目标阵列天线的初值校准是否完成,若是,则触发步骤s1.8;若否,则重复步骤s1.2至步骤s1.6;
31.步骤s1.8:将目标阵列天线与参考信号幅值差值最小的天线辐射信号的幅度值作为基准,生成宽带初值表并载入仿真系统,完成宽带幅相初值校准。
32.优选地,所述目标阵列角误差测量步骤如下:
33.步骤s2.1:将变频器数模转换器对应的输出端口与仿真系统相连,通过控制指令经仿真系统馈电链路送至当前选中的目标阵列中的天线并向外辐射,在空间中合成目标位置;
34.步骤s2.2:将主控模块与仿真系统相连,主控模块将当前待校准的频点以及所述合成目标位置发送给仿真系统,仿真系统根据指令选通对应的天线;
35.步骤s2.3:主控模块发送控制指令,通过变频器数模转换器对应的输出端口通道发射极窄脉冲信号,四元天线同时接收对应的目标阵列辐射的射频信号;
36.步骤s2.4:通过变频模块下变频至中频且数字信号处理模块同步采集后,通过光纤模块传输至主控模块;
37.步骤s2.5:对接收的中频极窄脉冲信号分别进行单帧信号长度内的脉冲串匹配滤波处理,得到合成位置到两个天线的距离,进而得到对应的方位角误差、俯仰角误差,生成对应的角度序号及完成标志;
38.步骤s1.7:判断所有的目标阵列角误差测量是否完成,若是,则全部校准;若否,则重复步骤s2.2至步骤s2.5。
39.根据本发明提供的一种宽带目标阵列的校准装置,包括权利要求1至5中任一项所述宽带目标阵列的校准系统。
40.优选地,所述宽带目标阵列的校准装置安装在仿真系统中的转台上,与四元天线口面与转台回转中心重合,通过控制指令可将转台转至需要校准的天线方向。
41.与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
42.1、本发明通过独立完成系统大工作带宽内各个工作频点及瞬时带宽内标校工作,不依赖高端仪器,克服了传统校准使用扫频方式耗时长的缺陷,减少了校准时间。
43.2、本发明采用合成极窄脉冲,用简单的方法达到了瞬时宽带的效果,解决了传统校准精度受扫频步进而影响系统瞬时带宽扩展的问题,减少了传统接收机ad硬件性能的压力。
44.3、本发明虽然系统结构简单,但是造价低廉、通用性强。
附图说明
45.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
46.图1为传统天线阵列校准系统组成示意图。
47.图2为基于本发明的天线阵列校准系统组成示意图。
48.图3为本发明中宽带目标阵列的校准系统的组成示意图。
49.图4为本发明的通道自校准原理示意图。
50.图5为本发明的目标阵列幅相初值校准原理示意图。
51.图6为本发明的目标阵列角误差校准原理示意图。
52.图7为合成极窄脉冲信号的时频域特征示意图。
53.图7中,横轴坐标表示时间,纵轴坐标表示频率,其中

f表示频率步进。
具体实施方式
54.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
55.本发明能够独立完成系统大工作带宽内各个工作频点及大瞬时宽带内标校工作。克服了传统标校方法对标准仪器如标准信号源、矢量网络分析仪等高端仪器的依赖,克服了传统校准使用扫频方式耗时长的缺陷,克服了传统校准精度受扫频步进而影响系统瞬时带宽扩展的问题。其中,传统标校方法对应的天线阵列校准系统如图1所示,本发明标校方法对应的天线阵列校准系统如图2所示。
56.根据本发明提供的一种宽带目标阵列的校准系统,如图2和图3所示,包括主控模块、数字信号处理模块、变频模块和四元天线:
57.所述四元天线通过微波电缆与变频模块相连,变频模块通过微波电缆以及串口电缆与数字信号处理模块相连,数字信号处理模块通过光纤与主控模块相连,组成宽带目标阵列的校准系统。
58.所述主控模块用于目标阵列校准控制、存储采集数据和数据处理;所述数据处理包括通过采集到的信号时域数据得到目标阵列各个天线单元的瞬时幅相特性。
59.所述数字信号处理模块包括:光纤通信模块、通道补偿模块、数据采集模块和信号生成模块;其中,所述光纤通信模块用于实时接收控制指令、传输采集数据给主控模块和提供参考信号;所述数据采集模块用于同时采集四元天线接收到的微波信号;所述信号生成模块用于生成信号,所述信号包括频率、幅度、调制度、脉宽、周期参数可调的极窄脉冲信号、变频控制参数和标校时的微波信号;所述通道补偿模块用于对通道的误差进行补偿。
60.数字信号处理模块接收所述控制参数,控制相应通道进行信号采集、信号播放,并根据相应的时序通过串口对变频模块进行控制;
61.所述变频模块将输入中频信号上变频至射频、输入射频信号下变频至中频。根据相应的控制指令将四元天线收到的信号变频至中频信号并送至数字信号处理模块处理后,发送至主控模块进行测幅、测相、宽带比相处理,生成系统校准表。
62.所述四元天线用于接收标校时目标阵列辐射射频信号;所述四元天线为多个双极化喇叭天线,能够根据被测阵列的极化方向进行切换。
63.根据本发明提供的一种宽带目标阵列的校准系统的宽带目标阵列的校准方法,在微波半实物仿真试验中的目标阵列投入使用前,需要对目标阵列覆盖的频段进行依次校
准,使得目标阵列三元组天线输出射频信号满足幅相一致性要求,宽带目标阵列校准包括:目标阵列初值校准、目标阵列角误差测量;
64.所述目标阵列初值校准是对目标阵列的每一个天线链路辐射信号进行采集、数字信号处理、信号特征分析后得到幅度和相位,并根据天线链路辐射信号和参考信号的幅度和相位的差值生成宽带初值表;所述目标阵列幅相初值校准步骤如下:
65.步骤s1.1:将变频器数模转换输出端口功分两路,一路与变频器任一输入端口连接,提供参考信号;一路与仿真系统连接,通过仿真系统馈电链路送至选中的目标阵列中的天线并向外辐射;
66.步骤s1.2:将光纤将主控模块与仿真系统相连,主控模块将当前待校准的频点以及目标阵列中天线的位置发送给仿真系统,仿真系统选通对应天线;
67.步骤s1.3:主控模块下发控制指令,数字信号处理模块产生极窄脉冲信号,并通过变频器数模转换输出端口对应的通道发射所述极窄脉冲信号给与变频模块连接的变频器任一输入端口对应的通道;一路经过目标阵列系统天线链路,发射引入当前选通通道对应的幅度误差、相位误差的极窄脉冲信号;
68.步骤s1.4:所述极窄脉冲信号经过变频模块下变频对应的中频极窄脉冲信号,然后数字信号处理模块同步采集所述中频极窄脉冲信号并通过光纤通信模块传输至主控模块;
69.步骤s1.5:主控模块对当前选通通道的中频极窄脉冲信号进行单个脉冲周期内的脉冲匹配滤波处理,得到合成大带宽内的信号幅度与相位,进而生成合成大带宽内的幅频特性曲线与相频特性曲线,并记录数据;
70.步骤s1.6:主控模块对采集的两路中频极窄脉冲信号进行单帧信号长度内的脉冲串匹配滤波处理,得到对应信号的幅度与相位差值,并记录数据,同时生成当前校准的天线序号及完成标志;
71.步骤s1.7:判断所有的目标阵列天线的初值校准是否完成,若是,则触发步骤s1.8;若否,则重复步骤s1.2至步骤s1.6;
72.步骤s1.8:将目标阵列天线与参考信号幅值差值最小的天线辐射信号的幅度值作为基准,生成宽带初值表并载入仿真系统,完成宽带幅相初值校准。
73.所述目标阵列角误差测量是对载入所述宽带初值表之后的目标阵列三元组合成位置进行测量,根据理论合成角与角误差得到实际合成角度值。所述目标阵列角误差测量步骤如下:
74.步骤s2.1:将变频器数模转换器对应的输出端口与仿真系统相连,通过控制指令经仿真系统馈电链路送至当前选中的目标阵列中的天线并向外辐射,在空间中合成目标位置;
75.步骤s2.2:将主控模块与仿真系统相连,主控模块将当前待校准的频点以及所述合成目标位置发送给仿真系统,仿真系统根据指令选通对应的天线;
76.步骤s2.3:主控模块发送控制指令,通过变频器数模转换器对应的输出端口通道发射极窄脉冲信号,四元天线同时接收对应的目标阵列辐射的射频信号;
77.步骤s2.4:通过变频模块下变频至中频且数字信号处理模块同步采集后,通过光纤模块传输至主控模块;
78.步骤s2.5:对接收的中频极窄脉冲信号分别进行单帧信号长度内的脉冲串匹配滤波处理,得到合成位置到两个天线的距离,进而得到对应的方位角误差、俯仰角误差,生成对应的角度序号及完成标志;
79.步骤s1.7:判断所有的目标阵列角误差测量是否完成,若是,则全部校准;若否,则重复步骤s2.2至步骤s2.5。
80.根据本发明提供的一种宽带目标阵列的校准装置,包括所述宽带目标阵列的校准系统。所述宽带目标阵列的校准装置安装在仿真系统中的转台上,与四元天线口面与转台回转中心重合,通过控制指令可将转台转至需要校准的天线方向。
81.本发明宽带目标阵列的校准装置中的各个模块实时响应主控模块的指令调度,通过数字信号处理模块提供参考信号、采集回波信号,通过主控模块进行数据处理、分析、解算,生成三维误差映射表,最终得到目标系统各个天线单元的幅相以及合成角度误差,通道补偿模块对误差进行补偿之后,实现对雷达半实物仿真系统在不同工作频率、大瞬时带宽下的模拟辐射目标的空间位置,最终实现对雷达制导系统在不同工作频率下的探测、跟踪目标等能力进行检测。
82.具体地,本发明通过如下步骤实现:
83.步骤一:将宽带目标阵列的校准装置固定在飞行转台上,且四元天线的口面与转台回转中心重合;
84.步骤二:数字信号处理模块根据四通道同步采集算法,同时采集四路中频信号;通过合成极窄脉冲生成算法,生成频率、幅度、调制度、脉宽、周期等参数可调的极窄脉冲信号;
85.步骤三:变频模块根据控制指令,实时进行五路信号的上、下变频;
86.步骤四:光纤模块实时接收控制指令以及传输采集信号给主控模块;
87.步骤五:主控模块根据瞬时带宽幅相频特性曲线提取算法,利用采集到的信号时域数据得到目标阵列各个天线单元的瞬时幅相特性;根据一维高分辨信号处理算法,得到准确的距离数据来计算角误差。
88.具体地,本发明的工作流程机制如下:
89.首先,将装置安装在仿真系统飞行转台上,主控模块控制飞行转台指向所要测量的天线阵列天线的坐标;
90.然后,针对不同的测试功能,校准如下:1、将变频模块输出端口5进行功分,或功分四路,连接通道1~通道4,完成自校准;2、或者将变频模块输出端口5功分两路,一路提供参考信号,一路送至目标阵列系统,经天线向外辐射,完成初值校准;3、或者直接送至目标阵列系统,经天线向外辐射,完成角误差校准;
91.接着,数字信号处理模块通过光纤模块将主控模块与仿真系统相连,主控模块将需要校准的频点以及目标阵列中天线的位置发送给仿真系统,仿真系统根据指令调整转台方向、选通对应天线;
92.再接着,主控模块下发控制指令,控制装置经通道5发射合成极窄脉冲信号,控制通道1采集空间辐射信号,控制通道2采集通道5采集耦合信号;信号经过变频模块下变频,数字信号处理模块同步采集之后,再经光纤模块传输至主控模块;
93.最后,主控模块对采集的通道数据进行处理,生成幅相初值以及角误差,并记录数
据;主控模块实时控制其它各个模块的工作时序和信息交互。
94.进一步地,通过举例对本发明进一步描述说明:
95.假设目标阵列的需要校准的频点为fc,瞬时带宽为b,频率范围为f
c-b/2~fc+b/2。
96.首先对装置本身通道进行校准,如图4所示,生成极窄脉冲信号s(t)为:
[0097][0098]
f0=f
c-b/2
[0099]
其中,i表示脉冲个数,j表示虚数,rect()表示矩形函数,exp表示指数函数,t表示时间,τ表示发射脉冲宽度,tr表示信号的脉冲重复周期,f0为载频起始频率,b为单个子脉冲脉宽,n为载频步进数,δf为载频步进阶梯。合成极窄脉冲信号的时频域特征如图7所示。
[0100]
控制数字信号处理模块生成上述合成极窄脉冲信号,经通道5输出给变频模块,再经过四路功分连接变频器通道1~4,信号被数字信号处理模块通道1~4采集,然后经光纤通信模块传输至主控模块,主控模块分别对合成极窄脉冲信号每一个子脉冲进行脉冲压缩处理得到一组幅相,记为fi,ai,φi,其中,i=0,1,2,

,n-1,n表示合成极窄脉冲信号子脉冲数量,最终得到通道幅相频特性表。如表1所示:
[0101]
表1
[0102]
脉冲数012 n-1频率f0f1f2
……
fn-1幅度a0a1a2
……
an-1相位φ1φ2φ3
……
φn-1
[0103]
以通道1为例,如表2所示。理想通道的幅度特性为恒定值,相位特性为线性。因此根据通道的幅相频特性可以得到幅相频补偿特性表,在通道智能算法如粒子群算法可以反解出阶数为m的补偿滤波器系数{a1,a2,

,a(m+1)},其中m表示阶数,fir滤波器系数个数是阶数+1。,将系数载入数字信号处理模块中的通道补偿模块中即可完成校准装置各个通道在被测瞬时带宽内的幅相特性校准。
[0104]
表2
[0105][0106][0107]
然后,装置自身通道校准完毕后进行目标阵列幅相初值校准,如图5所示,将装置变频器输出端口5功分两路,一路与变频器输入端口b相连,给装置提供参考信号;一路与仿真系统相连,通过控制指令可以经仿真系统馈电链路送至选中的目标阵列中的天线,经天线向外辐射;
[0108]
一路通过装置通道5辐射合成极窄脉冲信号,即通道2收到的信号如下:
[0109]
[0110]
一路经过目标阵列系统天线链路,引入了幅相误差ai和φi,即通道1收到的信号如下:
[0111][0112]
数字信号处理模块将采集到的两路数据上传至主控模块。主控模块对同一帧信号中的每一个子脉冲信号进行脉冲压缩处理,得到目标阵列各个步进频点幅相参数∑(fi,ai,φi);
[0113]
通道1、通道2的同一帧信号进行脉冲串压缩处理,得到测试频点高精度幅相参数fc、δa、δφ,待目标阵列所有天线单元均校准完毕之后,
[0114]
选取幅度差最小的辐射信号的幅度δa_min作为基准,用每个天线的幅度差值减去δa_min得到最终的所有天线的幅相参数∑(fc,δai-δa_min,δφi),该值及为目标阵列在该频点的校准初值,将∑(fi,ai,φi)减去(fc,δa-δa_min,δφ)即可得到测试频点为中心,带宽为b的目标阵列的瞬时带宽内的幅相频特性表,如表3所示,从而得到三维误差映射表,如表4所示:
[0115]
表3
[0116]
天线序号中心频率带宽衰减控制值相位控制值1fsbδa1-δa_minδφ12fsbδa2-δa_minδφ2
…………………………
[0117]
表4
[0118][0119]
接着,将三维误差映射表载入仿真系统后,对目标阵列的角度误差进行测量及校准,如图6所示,使用同样的合成极窄脉冲信号作为发射信号,
[0120]
将装置变频器输出端口5与仿真系统相连,通过控制指令可以经仿真系统馈电链路送至选中的目标阵列中的三元组天线,经天线向外辐射,在空间中合成目标位置;
[0121]
装置通过通道1、通道2、通道3、通道4接收目标阵列辐射的信号。数字信号处理模块将采集到的两路数据上传至主控模块;
[0122]
主控模块对通道1和通道2中的同一帧信号进行脉冲串压缩处理,得到合成位置到a天线、b天线的距离r1、r2。通过公式计算方位角误差,计算公式如下:
[0123]
θ=arcsin((r2-r1)/d1)
[0124]
其中,θ表示方位角误差,d1表示a天线和b天线之间的间距;同样的,对通道3和通道4中的同一帧信号进行脉冲串压缩处理,得到合成位置到c天线、d天线的距离r3、r4。通过公式计算俯仰角误差φ,计算公式如下:
[0125]
φ=arcsin((r4-r3)/d2)
[0126]
其中,φ表示俯仰角误差,d2表示c天线和d天线之间的间距;
[0127]
依次测量目标阵列所有三元组的实际合成角度误差,得到理论角和实测角误差的数据库,完成目标阵列的角误差校准。
[0128]
宽带目标阵列的校准方法仅仅需要宽带目标阵列的校准装置即可实现,校准的代价相对低廉。同时背景技术中所述传统天线阵面标校方法依赖标准仪器,且一般不能获取目标阵列瞬时带宽内的绝对幅相频特性,因而无法完成对目标阵列瞬时宽带的标校,而宽带目标阵列的校准方法不仅克服对标准仪器的依赖,通过更换变频前段和四元天线还可完成对各个频段的目标阵列进行标校,且目标阵列瞬时宽带的标校同样适用,系统的通用性更强。
[0129]
本发明设计研发过程中,装置主控模块的数据处理算法、数字信号处理模块的四通道同步采集以及合成极窄脉冲信号生成方法设计较为复杂,但实际使用非常方便、高效,研发成本非常低,后期的维护也相对简单,通用性强。本发明通过装置内自建采集和分析模块,独立完成系统大工作带宽内各个工作频点及瞬时带宽内标校工作。
[0130]
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以,本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0131]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征:
1.一种宽带目标阵列的校准系统,其特征在于,包括主控模块、数字信号处理模块、变频模块和四元天线:所述四元天线通过微波电缆与变频模块相连,变频模块通过微波电缆以及串口电缆与数字信号处理模块相连,数字信号处理模块通过光纤与主控模块相连,组成宽带目标阵列的校准系统。2.根据权利要求1所述的宽带目标阵列的校准系统,其特征在于,所述主控模块用于目标阵列校准控制、存储采集数据和数据处理;所述数据处理包括通过采集到的信号时域数据得到目标阵列各个天线单元的瞬时幅相特性。3.根据权利要求1所述的宽带目标阵列的校准系统,其特征在于,所述数字信号处理模块包括:光纤通信模块、通道补偿模块、数据采集模块和信号生成模块;其中,所述光纤通信模块用于实时接收控制指令、传输采集数据给主控模块和提供参考信号;所述数据采集模块用于同时采集四元天线接收到的微波信号;所述信号生成模块用于生成信号,所述信号包括频率、幅度、调制度、脉宽、周期参数可调的极窄脉冲信号、变频控制参数和标校时的微波信号;所述通道补偿模块用于对通道的误差进行补偿。4.根据权利要求1所述的宽带目标阵列的校准系统,其特征在于,所述变频模块将输入中频信号上变频至射频、输入射频信号下变频至中频。5.根据权利要求1所述的宽带目标阵列的校准系统,其特征在于,所述四元天线用于接收标校时目标阵列辐射射频信号;所述四元天线为多个双极化喇叭天线,能够根据被测阵列的极化方向进行切换。6.一种根据权利要求1所述宽带目标阵列的校准系统的宽带目标阵列的校准方法,其特征在于,在微波半实物仿真试验中的目标阵列投入使用前,需要对目标阵列覆盖的频段进行依次校准,使得目标阵列三元组天线输出射频信号满足幅相一致性要求,宽带目标阵列校准包括:目标阵列初值校准、目标阵列角误差测量;所述目标阵列初值校准是对目标阵列的每一个天线链路辐射信号进行采集、数字信号处理、信号特征分析后得到幅度和相位,并根据天线链路辐射信号和参考信号的幅度和相位的差值生成宽带初值表;所述目标阵列角误差测量是对载入所述宽带初值表之后的目标阵列三元组合成位置进行测量,根据理论合成角与角误差得到实际合成角度值。7.根据权利要求6所述宽带目标阵列的校准系统的宽带目标阵列的校准方法,其特征在于,所述目标阵列幅相初值校准步骤如下:步骤s1.1:将变频器数模转换输出端口功分两路,一路与变频器任一输入端口连接,提供参考信号;一路与仿真系统连接,通过仿真系统馈电链路送至选中的目标阵列中的天线并向外辐射;步骤s1.2:将光纤将主控模块与仿真系统相连,主控模块将当前待校准的频点以及目标阵列中天线的位置发送给仿真系统,仿真系统选通对应天线;步骤s1.3:主控模块下发控制指令,数字信号处理模块产生极窄脉冲信号,并通过变频
器数模转换输出端口对应的通道发射所述极窄脉冲信号给与变频模块连接的变频器任一输入端口对应的通道;一路经过目标阵列系统天线链路,发射引入当前选通通道对应的幅度误差、相位误差的极窄脉冲信号;步骤s1.4:所述极窄脉冲信号经过变频模块下变频对应的中频极窄脉冲信号,然后数字信号处理模块同步采集所述中频极窄脉冲信号并通过光纤通信模块传输至主控模块;步骤s1.5:主控模块对当前选通通道的中频极窄脉冲信号进行单个脉冲周期内的脉冲匹配滤波处理,得到合成大带宽内的信号幅度与相位,进而生成合成大带宽内的幅频特性曲线与相频特性曲线,并记录数据;步骤s1.6:主控模块对采集的两路中频极窄脉冲信号进行单帧信号长度内的脉冲串匹配滤波处理,得到对应信号的幅度与相位差值,并记录数据,同时生成当前校准的天线序号及完成标志;步骤s1.7:判断所有的目标阵列天线的初值校准是否完成,若是,则触发步骤s1.8;若否,则重复步骤s1.2至步骤s1.6;步骤s1.8:将目标阵列天线与参考信号幅值差值最小的天线辐射信号的幅度值作为基准,生成宽带初值表并载入仿真系统,完成宽带幅相初值校准。8.根据权利要求6所述宽带目标阵列的校准系统的宽带目标阵列的校准方法,,其特征在于,所述目标阵列角误差测量步骤如下:步骤s2.1:将变频器数模转换器对应的输出端口与仿真系统相连,通过控制指令经仿真系统馈电链路送至当前选中的目标阵列中的天线并向外辐射,在空间中合成目标位置;步骤s2.2:将主控模块与仿真系统相连,主控模块将当前待校准的频点以及所述合成目标位置发送给仿真系统,仿真系统根据指令选通对应的天线;步骤s2.3:主控模块发送控制指令,通过变频器数模转换器对应的输出端口通道发射极窄脉冲信号,四元天线同时接收对应的目标阵列辐射的射频信号;步骤s2.4:通过变频模块下变频至中频且数字信号处理模块同步采集后,通过光纤模块传输至主控模块;步骤s2.5:对接收的中频极窄脉冲信号分别进行单帧信号长度内的脉冲串匹配滤波处理,得到合成位置到两个天线的距离,进而得到对应的方位角误差、俯仰角误差,生成对应的角度序号及完成标志;步骤s1.7:判断所有的目标阵列角误差测量是否完成,若是,则全部校准;若否,则重复步骤s2.2至步骤s2.5。9.一种宽带目标阵列的校准装置,其特征在于,包括权利要求1至5中任一项所述宽带目标阵列的校准系统。10.根据权利要求9所述的宽带目标阵列的校准装置,其特征在于,所述宽带目标阵列的校准装置安装在仿真系统中的转台上,与四元天线口面与转台回转中心重合,通过控制指令可将转台转至需要校准的天线方向。

技术总结
本发明提供了一种宽带目标阵列的校准系统、装置及其校准方法包括主控模块、数字信号处理模块、变频模块和四元天线:所述四元天线通过微波电缆与变频模块相连,变频模块通过微波电缆以及串口电缆与数字信号处理模块相连,数字信号处理模块通过光纤与主控模块相连,组成宽带目标阵列的校准系统。本发明通过独立完成系统大工作带宽内各个工作频点及瞬时带宽内标校工作,不依赖高端仪器,克服了传统校准使用扫频方式耗时长的缺陷,减少了校准时间。减少了校准时间。减少了校准时间。


技术研发人员:徐啸 黄杉 陆戈辉 柴娟芳 王立权 张业鑫 韩志强 江振 史松伟
受保护的技术使用者:上海机电工程研究所
技术研发日:2022.08.31
技术公布日:2023/1/6

最新回复(0)