CN111965602B - 一种相控阵雷达幅相一致性检测方法和*** - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种相控阵雷达幅相一致性检测方法和***，所述方法包括设置N个探头于预设范围内，所述预设范围根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定；获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置；进一步，逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；进一步，根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度。从而可避免由线缆运动带来的相位不确定性，直接达到辅助相控阵雷达保持幅相一致性的目的。
Description
技术领域
本申请实施例涉及智能交通技术领域，具体涉及一种相控阵雷达幅相一致性检测方法和***。
背景技术
所有雷达都需要保证一定的幅相一致性，以使接收机工作在最佳状态。大规模相控阵雷达的振子数量庞大，在使用过程中难免会有个别振子出现问题，例如振子失效或者幅度相位偏差过大等。因此需要定期维护检查。但是现有技术中的检修方式存在耗时耗力严重、成本巨大的问题。
因此，在对相控阵雷达进行幅相一致性的维护时，需要一种使用更方便、更省时省力的方式。
发明内容
为此，本申请实施例提供一种相控阵雷达幅相一致性检测方法和***，可以辅助相控阵雷达幅相一致性的维护。
为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种相控阵雷达幅相一致性检测方法，所述方法包括：
设置N个探头于预设范围内，所述预设范围是根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定的，M和N均为大于1的整数；
获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置；
逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；其中i为1至N的整数，j为1至M的整数；
根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度。
可选地，所述利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度，是按照如下公式计算的：
Ai,j＝ArjApiabs[Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j)]/|ri,j|
Pi,j＝mod[Prj+Ppi+angle(Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j))-k|ri,j|,2π]
其中，Arj代表振子j的幅度，Api代表探头i的幅度，θj代表振子j的指向角度，ηi代表探头i的指向角度；ξi,j代表两者之间连线对应角度坐标；Dr(θj,ξi,j)代表振子j辐射方向图在探头i处的取值，Dp(ηi,ξi,j)代表探头i方向图在振子j处的取值，两者的乘积在电磁相控阵的情况下代表三维矢量内积，在声学相控阵的情况下代表普通乘积；Prj代表振子j的相位，Ppi代表探头i的相位；|ri,j|代表探头i的相位中心与振子j的相位中心之间的距离；k代表波数；abs()代表取模函数，angle()代表取相位函数，mod()代表取余数函数。
可选地，所述逐个利用N个探头分别测量M个振子，包括：
逐个利用处于不同位置的N个探头分别测量M个振子；或者
利用单个探头移动至不同位置，以分别测量M个振子。
可选地，所述M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件为，每个探头的位置处在所有振子或者部分振子的设定波束宽度之内，且探头指向满足全部振子或者部分振子处在所述探头的设定波束宽度之内。
可选地，所述每个探头的位置还包括：每个探头到振子阵列的最短距离大于2d2/λ，其中d代表振子辐射孔径，λ代表测试波长。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种相控阵雷达幅相一致性检测***，所述***包括：
探头设置模块，用于设置N个探头于预设范围内，所述预设范围是根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定的，M和N均为大于1的整数；
初始数据获取模块，用于获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置；
测量模块，用于逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；其中i为1至N的整数，j为1至M的整数；
幅相数据计算模块，用于根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度。
可选地，所述幅相数据计算模块，具体按照如下公式计算：
Ai,j＝ArjApiabs[Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j)]/|ri,j|
Pi,j＝mod[Prj+Ppi+angle(Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j))-k|ri,j|,2π]
其中，Arj代表振子j的幅度，Api代表探头i的幅度，θj代表振子j的指向角度，ηi代表探头i的指向角度；ξi,j代表两者之间连线对应角度坐标；Dr(θj,ξi,j)代表振子j辐射方向图在探头i处的取值，Dp(ηi,ξi,j)代表探头i方向图在振子j处的取值，两者的乘积在电磁相控阵的情况下代表三维矢量内积，在声学相控阵的情况下代表普通乘积；Prj代表振子j的相位，Ppi代表探头i的相位；|ri,j|代表探头i的相位中心与振子j的相位中心之间的距离；k代表波数；abs()代表取模函数，angle()代表取相位函数，mod()代表取余数函数。
可选地，所述测量模块具体用于：逐个利用处于不同位置的N个探头分别测量M个振子；或者利用单个探头移动至不同位置，以分别测量M个振子。
可选地，所述M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件为，每个探头的位置处在所有振子或者部分振子的设定波束宽度之内，且探头指向满足全部振子或者部分振子处在所述探头的设定波束宽度之内。
可选地，所述每个探头的位置还包括：每个探头到振子阵列的最短距离大于2d2/λ，其中d代表振子辐射孔径，λ代表测试波长。
综上所述，本申请实施例提供的相控阵雷达幅相一致性检测方法，通过设置N个探头于预设范围内，所述预设范围是根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定的；获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置；进一步，逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度。从而可避免由线缆运动带来的相位不确定性，直接达到辅助相控阵雷达保持幅相一致性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本申请实施例提供的相控阵雷达幅相一致性检测方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的相控阵雷达幅相一致性检测方法实施例的示意图之一；
图3为本申请实施例提供的相控阵雷达幅相一致性检测方法实施例的示意图之二；
图4为本申请实施例提供的相控阵雷达幅相一致性检测***结构框图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元(称为阵元)组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。
每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线阵面。相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。
所有雷达都需要保证一定的幅相一致性，以使接收机工作在最佳状态。但幅相一致性对单脉冲雷达影响最大，单脉冲技术主要用于精密跟踪测量雷达中。单脉冲雷达采用振幅或相位和差式，接收机除了有和通道之外，还有若干个差通道及辅助通道，为了提高测量精度和实现伺服***对目标的自动跟踪，要求差通道的信号幅度、相位与和通道的保持一致。
一般可以在雷达每一个目标处理周期之前的一段时内，向和差通道分别输入测试或领示信号，以测量和差通道幅度、相位的误差，经自动控制***形成幅度和相位的控制信号，控制调整和差通道的信号幅度、相位，使和差通道信号幅度、相位的误差变小，从而实现幅相一致性。
现有技术中，针对幅相一致性校准，已有的方案有平面近场扫描法、逆矩阵法、依赖精确定位的中场法、外场球面多探头扫描法以及互偶自校准法。其中，平面近场扫描法需要对每个振子逐点机械扫描，耗费时间成本较大；逆矩阵法需要对振子严格精确定位，外场应用不方便；依赖精确定位的中场法同样面临外场应用不方便、精度不高的困难；外场球面多探头扫描法不需要精确定位，扫描时间也可以接受，但是需探头数量太多，设备复杂且昂贵甚至依赖进口。基于振子互耦的自校准法不需要额外设备，但是适用的阵列形式有限，而且由于振子之间本身耦合较小导致精度不高。
本申请实施例提供一种相控阵雷达幅相一致性检测方法，是一种无需探头精确位置的探头数可控的校准***，可用于大规模相控阵雷达外场维护检修，提高了检测效率并降低了检测成本。
图1示出了本申请实施例提供的一种相控阵雷达幅相一致性检测方法示意图，所述方法包括如下步骤：
步骤101：设置N个探头于预设范围内，所述预设范围是根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定的，M和N为大于一的整数。
步骤102：获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置。
步骤103：逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；其中i为1至N的整数，j为1至M的整数。
步骤104：根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度。
在步骤101中，所述M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件为，每个探头的位置处在所有振子或者部分振子的设定波束宽度之内，且探头指向满足全部振子或者部分振子处在所述探头的设定波束宽度之内。
在一种可能的实施方式中，探头的分布应该满足下列条件，即所有雷达振子的辐射主瓣都能被至少一个探头的主瓣覆盖到，并且探头和单个振子都互相处于对方的远场辐射区之中。每个探头的设置位置条件还包括：每个探头到振子阵列的最短距离大于2d2/λ，其中d代表振子辐射孔径，λ代表测试波长。
举例来说，探头通道总数至少为2个，具体可以是1个探头两种模式，或者两个独立探头，或者多个探头。每个探头的位置处在所有振子或部分振子主要波束宽度以内(比如3db)，且探头指向应该满足全部振子或该部分振子处在该探头主要波束宽度以内(比如3db)。互相处在对方主要辐射范围内的一对探头和振子，称作该探头有效覆盖该振子。探头的个数的选择原则为至少保证阵列中每个振子都能被至少一个探头通道有效覆盖；同样地，大量共同覆盖的振子会改善精度。每个探头通道都能与其他至少一个探头通道共同覆盖至少6个振子。
在步骤102中，获取阵列中每个振子的精确位置坐标和指向角度(用欧拉角表示)，获得振子在主要辐射方向上的方向图和振子相位中心的位置。以上信息可以从相控阵生产者和探头的生产者那里获取到。另外，振子和探头的方向图也可以通过自主测量的方式得到。
在步骤103中，关于测量方式包括但不限于以下两种：逐个利用处于不同位置的N个探头分别测量M个振子；或者利用单个探头移动至不同位置，分别测量M个振子。即探头可以是独立的若干个探头，也可以是一个探头机械扫描移动若干个位置。也就是说，本申请实施例提供的测量方式可以涉及机械扫描，也可以不涉及机械扫描。
待测雷达阵列的形式也可以是多样的，可以是平面阵列，也可以是多探头球面近场的环形阵列。用第i个探头测量第j个振子，测试时其他所有探头和振子都处在关闭状态，直到遍历所有的探头和振子。得到含有幅度信息和相位信息的信号，即幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j。假设共有N个探头和M个振子，那么最多可以获得M×N组测试数据。但在实际操作中，因为不是每组探头和振子组合都满足上述的互相有效覆盖的原则，因此有效的测试数据量小于M×N。
天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形称为方向图。用相位表示的称为相位方向图。将雷达振子和探头的参考原点分别移动到各自的相位中心点，得到零相位方向图，所述零相位方向图是方向图在各个方向的取值为无相位的幅度。
在步骤104中，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度，是按照如下公式(1)和公式(2)计算的：
Ai,j＝ArjApiabs[Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j)]/|ri,j|………………(1)
Pi,j＝mod[Prj+Ppi+angle(Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j))-k|ri,j|,2π]……(2)
其中，Arj代表振子j的幅度，Api代表探头i的幅度，θj代表振子j的指向角度，ηi代表探头i的指向角度；ξi,j代表两者之间连线对应角度坐标；Dr(θj,ξi,j)代表振子j辐射方向图在探头i处的取值，Dp(ηi,ξi,j)代表探头i方向图在振子j处的取值，两者的乘积在电磁相控阵的情况下代表三维矢量内积，在声学相控阵的情况下代表普通乘积；Prj代表振子j的相位，Ppi代表探头i的相位；|ri,j|代表探头i的相位中心与振子j的相位中心之间的距离；k代表波数；abs()代表取模函数，angle()代表取相位函数，mod()代表取余数函数。
在已知探头和振子方向图，以及各个振子的位置坐标和指向角度的前提下，可以通过最小二乘法从公式(1)和公式(2)中将振子的幅度，相位和探头的位置和指向角度做为未知量求解出来。利用最小二乘法的求解流程有多种可选，本申请实施例示例性的提供一种求解流程，包括以下步骤：
步骤1:选取具有最多共同覆盖振子个数且的两个探头通道i1和i2，两探头到所共同覆盖的振子连线的夹角平均值要大于20度。
步骤2:将所述两个探头与所有共同覆盖振子的测试数据带入到公式(1)中，通过两个探头探测同一个振子的信号相除的方式，将公式(1)中所有振子幅度的未知量全部消元，最后得到一系列关于两个探头幅度比，位置和欧拉角的方程(3)。
用最小二乘法确定两个探头的幅度比和两个探头的位置坐标和欧拉角。需要说明的是，最小二乘法一般从未知量的一个初值出发，逐渐迭代收敛到最佳的解。本步骤中，最小二乘法初始值可以进行如下设置：两个探头的幅度比设置为1，探头的位置和角度的初始值可以通过低精度、低成本的测量工具或是目测获得。
步骤3：将这两个探头与所有共同覆盖振子的测试数据带入到公式(2)中，通过两个探头探测同一个振子的信号相减的方式将公式(2)中所有振子幅度的未知量全部消元，最后得到一系列关于两个探头相位差和位置的方程(4)。
其中，公式(4)中和方向图相位有关的项可以直接利用步骤1中探头位置和欧拉角的数据计算得到。用最小二乘法求解公式(4)，可以得到两个探头的相位差和位置的精确解。初始值的相位差可以设置为0，位置和欧拉角可以设置为步骤1中的结果。
步骤4：利用已经确定的两个探头的精确位置和欧拉角，通过公式(1)和(2)确定所有被两个探头中的至少一个所覆盖的振子的幅度和相位。求解过程中探头i1的幅度和相位可以任意规定为1和0。
步骤5：确定其余探头中能覆盖步骤1-4中所有振子(两个探头所覆盖振子的并集)中的振子个数最多的探头，将其添加到求解范围内。
步骤6：利用步骤1-4已经确定的振子相位和幅度和公式(1)和(2)，通过最小二乘法求解出该探头的位置和欧拉角以及该探头的幅度和相位。初始值的幅度相位分别设置为1和0，位置和欧拉角用低精度测量(正负50％)或目测得到。
步骤7:根据步骤6中该探头的位置和欧拉角，求出该探头所覆盖所有振子的幅度和相位。
步骤8：将所有已经求解的探头和其所覆盖振子的并集作为待定量，利用最小二乘法求解方程(1)和(2)，得到更精确的解。其中最小二乘法的初始值可以是步骤7之前所有步骤所确定的探头和振子的结果。
步骤9：如果对求解时间有要求，本步骤9可以省略；或者每添加若干个探头到求解范围后，执行一次本步骤9。
步骤10:跳转回步骤5，每次添加一个探头作为求解对象，持续求解剩余探头和剩余的振子，直到所有探头和振子都被求解。
步骤11：对于阵列边缘的振子，由于其辐射方向图可能与阵列中心的方向图有偏差，可以先对其方向图进行实际测量并修正。然后代入到公式(1)和(2)中，并利用最小二乘法求解。
综上，本申请实施例提供的技术方案相对近场扫描法省去了耗资巨大的近场扫描***，减少了测试时间。相对外场法和逆矩阵法，省去探头的精确定位步骤，缩短了测试流程。本申请实施例提供的方案可以避免由线缆运动带来的相位不确定性，而且对测试条件要求低，特别适用于大型外场阵列的测试。
需要说明的是，本申请实施例提供的方法同样适用于通讯基站大规模天线阵列以及声呐阵列的幅相一致性快速校准。
为了进一步验证说明本申请实施例提供的相控阵雷达幅相一致性检测方法的效果，现举例说明如下：
构建一个20×20的声学阵列，每个振子都是各向同性的辐射源，且相邻振子之间的距离为半个波长。振子幅度和相位由随机数确定。线性幅度均匀分布在0.5到2之间，相位均匀分布在0度到360度之间。假设两个探头都是各向同性的(不需要欧拉角作参数)，线性幅度和相位分别都是1和0度。将两个探头放置在距离阵列5个波长的平面上，内坐标分别为(1,5,5)和(9,5,5)，单位是波长。
基于以上设置条件，生成测试数据集合Aij和Pij。为了模拟实际情况，在幅度上增加正负0.1db的测试误差，在相位上增加正负1度的测试误差。
进一步，根据测试数据Aij和Pij以及声学阵列中每个振子的位置，通过最小二乘法求解所有振子的幅度和相位。
进一步，通过对比计算得出的结果，与振子的真实值数据之间的误差很小。
最终，如图3和图4所示，从带噪声的仿真测试数据反推出的探头位置是(1.0015，8.9989，5.0009)和(5.0010，4.9976，4.9972)与两个探头的真实值相符合。最终求解的相位和幅度误差也在预期范围内。
综上所述，本申请实施例提供的相控阵雷达幅相一致性检测方法，通过设置N个探头于预设范围内，所述预设范围是根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定的；获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置；进一步，逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合和相位集合；进一步，根据所述幅度集合、所述相位集合和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度。避免由线缆运动带来的相位不确定性，直接达到辅助相控阵雷达保持幅相一致性的目的。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种相控阵雷达幅相一致性检测***，如图4所示，所述***包括：
探头设置模块401，用于设置N个探头于预设范围内，所述预设范围是根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定的，M和N为大于一的整数。
初始数据获取模块402，用于获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置。
测量模块403，用于逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；其中i为1至N的整数，j为1至M的整数。
幅相数据计算模块404，用于根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度。
在一种可能的实施方式中，所述幅相数据计算模块404，具体按照前述公式(1)和(2)进行计算。本实施例在此不再赘述。
在一种可能的实施方式中，所述测量模块403具体用于：
逐个利用处于不同位置的N个探头分别测量M个振子；或者
利用单个探头移动至不同位置，分别测量M个振子。
在一种可能的实施方式中，所述M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件为，每个探头的位置处在所有振子或者部分振子的设定波束宽度之内，且探头指向满足全部振子或者部分振子处在所述探头的设定波束宽度之内。
在一种可能的实施方式中，所述每个探头的位置还包括：每个探头到振子阵列的最短距离大于2d2/λ，其中d代表振子辐射孔径，λ代表测试波长。
本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种相控阵雷达幅相一致性检测方法，其特征在于，所述方法包括：
设置N个探头于预设范围内，所述预设范围根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定，M和N均为大于1的整数；
获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置；
逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；其中i为1至N的整数，j为1至M的整数；
根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度；
所述利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度，是按照如下公式计算的：
Ai,j＝ArjApiabs[Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j)]/|ri,j|
Pi,j＝mod[Prj+P pi+angle(Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j))-k|ri,j|,2π]
其中，Arj代表振子j的幅度，Api代表探头i的幅度，θj代表振子j的指向角度，ηi代表探头i的指向角度；ξi,j代表两者之间连线对应角度坐标；Dr(θj,ξi,j)代表振子j辐射方向图在探头i处的取值，Dp(ηi,ξi,j)代表探头i方向图在振子j处的取值，两者的乘积在电磁相控阵的情况下代表三维矢量内积，在声学相控阵的情况下代表普通乘积；Prj代表振子j的相位，Ppi代表探头i的相位；|ri,j|代表探头i的相位中心与振子j的相位中心之间的距离；k代表波数；abs()代表取模函数，angle()代表取相位函数，mod()代表取余数函数；
在已知探头和振子方向图，以及各个振子的位置坐标和指向角度的前提下，可以通过最小二乘法将振子的幅度，相位和探头的位置和指向角度做为未知量求解出来。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逐个利用N个探头分别测量M个振子，包括：
逐个利用处于不同位置的N个探头分别测量M个振子；或者
利用单个探头移动至不同位置，以分别测量M个振子。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件为，每个探头的位置处在所有振子或者部分振子的设定波束宽度之内，且探头指向满足全部振子或者部分振子处在所述探头的设定波束宽度之内。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述每个探头的位置还包括：每个探头到振子阵列的最短距离大于2d2/λ，其中d代表振子辐射孔径，λ代表测试波长。
5.一种相控阵雷达幅相一致性检测***，其特征在于，所述***包括：
探头设置模块，用于设置N个探头于预设范围内，所述预设范围根据M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件确定，M和N均为大于1的整数；
初始数据获取模块，用于获取M个振子和N个探头的初始数据，所述初始数据包括M个振子的坐标位置和指向角度，以及M个振子和N个探头的辐射方向图以及相位中心坐标位置；
测量模块，用于逐个利用N个探头分别测量M个振子，得到幅度集合Ai,j和相位集合Pi,j；其中i为1至N的整数，j为1至M的整数；
幅相数据计算模块，用于根据所述幅度集合Ai,j、所述相位集合Pi,j和所述初始数据，利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度；
所述利用最小二乘法确定M个振子的幅度和相位、N个探头的坐标位置和指向角度，是按照如下公式计算的：
Ai,j＝ArjApiabs[Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j)]/|ri,j|
Pi,j＝mod[Prj+P pi+angle(Dr(θj,ξi,j)Dp(ηi,ξi,j))-k|ri,j|,2π]
其中，Arj代表振子j的幅度，Api代表探头i的幅度，θj代表振子j的指向角度，ηi代表探头i的指向角度；ξi,j代表两者之间连线对应角度坐标；Dr(θj,ξi,j)代表振子j辐射方向图在探头i处的取值，Dp(ηi,ξi,j)代表探头i方向图在振子j处的取值，两者的乘积在电磁相控阵的情况下代表三维矢量内积，在声学相控阵的情况下代表普通乘积；Prj代表振子j的相位，Ppi代表探头i的相位；|ri,j|代表探头i的相位中心与振子j的相位中心之间的距离；k代表波数；abs()代表取模函数，angle()代表取相位函数，mod()代表取余数函数；
在已知探头和振子方向图，以及各个振子的位置坐标和指向角度的前提下，可以通过最小二乘法将振子的幅度，相位和探头的位置和指向角度做为未知量求解出来。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述测量模块具体用于：
逐个利用处于不同位置的N个探头分别测量M个振子；或者
利用单个探头移动至不同位置，以分别测量M个振子。
7.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述M个振子和N个探头互相处在对方的辐射范围内的条件为，每个探头的位置处在所有振子或者部分振子的设定波束宽度之内，且探头指向满足全部振子或者部分振子处在所述探头的设定波束宽度之内。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述每个探头的位置还包括：每个探头到振子阵列的最短距离大于2d2/λ，其中d代表振子辐射孔径，λ代表测试波长。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107064887A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-08-18 | 中国电子科技集团公司第二十研究所 | 平面相控阵天线快速测量及自动校准方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107064887A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-08-18 | 中国电子科技集团公司第二十研究所 | 平面相控阵天线快速测量及自动校准方法 |
| CN107765104A (zh) * | 2017-09-04 | 2018-03-06 | 华为技术有限公司 | 一种相控阵校测的方法以及校测装置 |
| CN109309533A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-02-05 | 华为技术有限公司 | 一种校准方法及设备 |
| CN109581279A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-04-05 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种超宽带多波束***测向精度的校正方法及装置 |
| CN109541330A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-29 | 北京航空航天大学 | 一种平面波模拟器的阵列天线通道校准*** |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GPU-accelerated spherical near-to-far field transformation software for antenna near-field measurements;Yi S. Ding;《 2019 International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition (iWEM)》;1-3 * |
| 相控阵天线平面近场误差分析与校准方法研究;焦禹;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;第2017卷(第2期);I136-128 * |
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