CN114361797B

CN114361797B - 相控阵天线快速自动校准方法、装置及***

Info

Publication number: CN114361797B
Application number: CN202210076278.1A
Authority: CN
Inventors: 修威; 田海燕; 杨光
Original assignee: Beijing Huameta Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Huameta Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: CN114361797A

Abstract

本发明公开了一种相控阵天线快速自动校准方法、装置及***，获取相控阵天线姿态信息；计算并控制第一波束指向；对第一波束进行测试寻优；根据第一波束测试寻优得到的电平值记录表计算并控制第二波束指向；对第二波束进行测试寻优；将第一波束和第二波束测试寻优得到的控制电平值与计算得到的电平值进行对比并计算均方差；比较均方差与第一阈值和第二阈值之间的大小关系并实现全空域的波束控制；本发明通过对相控阵天线进行区域优化控制，实现天线***特殊波束角度时的控制数据的提取，再通过相控阵天线波控算法对特殊波束角度附近角度区域内进行算法波控，实现快速度，高精度，全空域相控阵天线波束自动校准及控制。

Description

相控阵天线快速自动校准方法、装置及***

技术领域

本发明涉及相控阵天线快速校准及波控技术领域，具体涉及一种相控阵天线快速自动校准方法、装置及***。

背景技术

相控阵天线具有低延时，高精度，抗干扰等技术优势，被广泛应用于雷达或通信***中。随着5G、卫星通信等新型技术领域突起，低成本相控阵天线逐渐成为热点。与成本要求不敏感的高精度T/R相控阵天线相比，新型低成本T/R、液晶等相控阵天线技术，具有易集成、低成本及结构简单等优势。然而，这些新兴技术设计及制造工艺尚不成熟，相控阵天线整体性能，特别是核心部件-移相器的性能一致性不足以支撑相控阵天线整体的***需求。作为弥补这类产业设计及制造工艺的不足，具有相控阵天线快速自动校准及波控的装置急需解决。

现有技术通常采用T/R组件单元、移相器单元或天线通道单元逐一测试和校准，获取所有或绝大部分T/R组件单元、移相器单元或天线通道单元指标后，将单元指标写入算法映射表，再通过映射算法查询与计算得到天线大致波束指向，最后通过闭环校准寻找目标波束指向附近区域最大值实现相控阵波束控制的功能。

T/R组件单元或移相器单元测试的方式工作量极大，周期长，效率低；天线通道单元逐一测试和校准的方式无法避免天线单元之间串扰，造成测试误差，影响相控阵天线***功能；算法映射及闭环校准实现在一定程度上解决天线***发射或接收信号的最大取值，但只是选取相对较大的信号电平，并不是从根本上实现最大波束指向，因此无法避免出现根本性错误。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种相控阵天线快速自动校准方法、装置及***，以解决现有技术存在的各种相控阵天线的测试校准方式工作量大、周期长、效率低、存在误差和无法避免出现根本性错误的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

第一方面，一种相控阵天线快速自动校准方法，包括：

S1：获取相控阵天线姿态信息；

S2：计算并控制第一波束指向；

S3：对所述第一波束进行测试寻优；

S4：根据所述第一波束测试寻优得到的电平值记录表计算并控制第二波束指向；

S5：对所述第二波束进行测试寻优；

S6：将所述第一波束和所述第二波束测试寻优得到的控制电平值与计算得到的电平值进行对比并计算均方差；

S7：比较所述均方差与第一阈值和第二阈值之间的大小关系；

若所述均方差小于所述第一阈值，则根据所述第一波束测试寻优得到的电平值记录表进行波束计算及控制；

若所述均方差大于所述第一阈值小于所述第二阈值，则根据所述第二个波束测试寻优得到的电平值记录表进行波束计算及控制；

若所述均方差大于所述第二阈值，则调整所述第一波束和所述第二波束之间的距离，对所述第二波束再次进行测试寻优，并将寻优得到控制电平值与所述第一波束测试寻优得到的控制电平值进行均方差数值计算，再次与所述第二阈值对比，直到小于所述第二阈值。

进一步的，所述测试寻优包括深度行扫描和深度列扫描。

进一步的，所述深度行扫描和所述深度列扫描具体为：

S11：控制第一行的加载电平；

S12：获取所述第一行在最大信号功率时采集的电平；

S13：记录并分析获取所述最大信号功率时所述第一行加载的控制电平值，记录并保持；

S14：以所述第一行保持的所述控制电平值为基准，继续执行S11至S13，直至最后一行；

S15：按列重复执行S11至S14。

进一步的，对所述第一波束和所述第二波束进行测试寻优时连续执行两次测试寻优。

进一步的，在所述第一波束和所述第二波束之间的区域，根据就近指向角计算电平值并进行波束计算及控制。

进一步的，所述第一波束和所述第二波束为相邻的两个波束。

进一步的，若所述均方差大于所述第二阈值，则调整所述第一波束和所述第二波束之间的距离，具体为：将所述第二波束角往所述第一波束角区域靠近。

进一步的，8×8相控阵天线的第一阈值为5％，第二阈值为12％。

第二方面，一种相控阵天线快速自动校准装置，包括：

获取模块，用于获取相控阵天线姿态信息；

控制模块，用于计算并控制波束指向；

测试寻优模块，用于对波束进行测试寻优；

计算模块，用于根据波束测试寻优得到的电平值记录表计算并控制下一波束指向；

对比模块，用于将相邻的两个波束测试寻优得到的控制电平值与计算得到的电平值进行对比并计算均方差；

比较模块，用于比较所述均方差与第一阈值和第二阈值之间的大小关系；

若所述均方差大于第二阈值，则调整所述第一波束和所述第二波束之间的距离，对所述第二波束再次进行测试寻优，并将寻优得到控制电平值与所述第一波束测试寻优得到的控制电平值进行均方差数值计算，再次与所述第二阈值对比，直到小于所述第二阈值。

第三方面，一种相控阵天线快速自动校准***，包括总控终端、信号采集设备、集总开关、球面支架、射频电磁波发射器和待测天线，所述总控终端通过待测天线控制线、集总开关控制线和数据采集线分别与所述待测天线、所述集总开关和所述信号采集设备电连接，所述信号采集设备还通过天线射频线缆和开关总路射频线缆与所述待测天线和所述集总开关电连接，所述射频电磁波发射器安装在所述球面支架上通过开关支路射频线缆与所述集总开关电连接。

本发明至少具有以下有益效果：本发明提供一种相控阵天线快速自动校准方法、装置及***，获取相控阵天线姿态信息；计算并控制第一波束指向；对第一波束进行测试寻优；根据第一波束测试寻优得到的电平值记录表计算并控制第二波束指向；对第二波束进行测试寻优；将第一波束和第二波束测试寻优得到的控制电平值与计算得到的电平值进行对比并计算均方差；比较均方差与第一阈值和第二阈值之间的大小关系并实现全空域的波束控制；本发明通过对相控阵天线进行区域优化控制，实现天线***特殊波束角度时的控制数据的提取，再通过相控阵天线波控算法对特殊波束角度附近角度区域内进行算法波控，实现快速度，高精度，全空域相控阵天线波束自动校准及控制。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例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申获得其它的附图。

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，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为本发明实施例提供的相控阵天线快速自动校准方法第一流程图；

图2为本发明实施例提供的相控阵天线快速自动校准方法第二流程图；

图3为本发明实施例提供的相控阵天线快速自动校准***结构示意图。

附图标记说明：

1-总控终端；2-信号采集设备；3-集总开关；4-球形支架；5-射频电磁波发射器；6-待测天线；61-天线面板；62-天线控制线；63-天线主控板；7-待测天线控制线；8-集总开关控制线；9-天线射频线缆；10-数据采集线；11-开关总路射频线缆；12-开关支路射频线缆。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。

此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的寻优方案所增加的步骤或单元。

请参阅图1和图2，本发明的实施例提供了一种相控阵天线快速自动校准方法，包括：

S1：获取相控阵天线姿态信息；

S2：计算并控制第一波束指向；

具体的，波控算法由电磁波发射(或接收)装置与天线终端的相对位置计算波控指向角，控制天线波束控制芯片通过天线控制线对天线面板上移相器单元加载所需电平值，实现初步波束指向。

S3：对所述第一波束进行测试寻优；

可以逐行(或逐列，或逐特殊指定区域)从加载控制电平，进行寻优；具体为，通过与集总开关导通的射频电磁波发射装置捕获该装置处最大信号功率，由信号采集设备进行电平采集后传送至总控终端。由总控终端记录并分析获取最大信号功率值时该行加载的控制电平数值，记录并保持。下一行在该行已被保持电平的基础上再次进行控制电平加载-信号功率采集-数据计算分析-电平记录保持的流程。以此逐行控制-扫描-记录，直到最后一行完成。以上总过程为一次深度行扫描。

在一次深度行扫描的基础上，按行扫描的方法从第一列开始，逐列进行一次深度列扫描。为确保该波束指向的精准控制，可再进行一次深度行扫描和一次深度列扫描；将最终记录的每个单元对应的电平值记录成表。

S5：对所述第二波束进行测试寻优；

具体为，依照对第一波束进行测试寻优的过程，对所述第二波束进行测试寻优。

具体为，将计算结果与***阈值进行比较，若均方差值小于，则可根据第一个测试优化所得的波束指向的电平值记录表进行该区域内波束计算及控制；若均方差值大于第一阈值小于第二阈值，则根据第二个波束角的测试优化电平值进行波束计算及控制。对于第一和第二个波束角之间的区域，进行就近指向角计算电平值进行波束计算及控制；若均方差值大于第二阈值，则需要将第二波束角往第一波束角区域靠近，再次进行测试寻优电平值，将寻优得到电平值与第一波束角测试寻优电平值进行均方差数值计算，再次进行与阈值比较，直到满足小于第二阈值。优选地，对于8×8相控阵天线而言，阈值1为5％，阈值2为12％。

然后进行第三波束角的测试寻优-计算分析。直到完成天线***全部波束范围内波束角的测试寻优-计算分析。

将所生产的测试寻优电平值，记录成表，存入算法***。

通过以上步骤，可实现天线***全部波束范围内离散波束角对应电平值的测试寻优，其它区域波束角通过查询就近已有测试寻优波束角的电平值计算当前所需波束角的控制电平值进行波束控制。

本发明结合相控阵天线原理，从低成本高集成相控阵天线实际情况出发，提出一种相控阵天线快速自动校准及波控的装置。通过对相控阵天线进行区域优化控制，实现天线***特殊波束角度时的控制数据的提取。再通过相控阵天线波控算法对特殊波束角度附近角度区域内进行算法波控，实现快速度，高精度，全空域相控阵天线波束自动校准及控制。

本发明的另一个实施例提供了一种相控阵天线快速自动校准装置，包括：

获取模块，用于获取相控阵天线姿态信息；

控制模块，用于计算并控制波束指向；

测试寻优模块，用于对波束进行测试寻优；

关于相控阵天线快速自动校准装置的具体限定可以参见上文中对于相控阵天线快速自动校准方法的限定，在此不再赘述。

请参阅图3，本发明的另一个实施例提供了一种相控阵天线快速自动校准***，包括总控终端1、信号采集设备2、集总开关3、球面支架4、射频电磁波发射器5和待测天线6，待测天线6包括天线面板61、天线控制线62和天线主控板63，总控终端1通过待测天线控制线7、集总开关控制线8和数据采集线10分别与待测天线6、集总开关3和信号采集设备2电连接，信号采集设备2还通过天线射频线缆9和开关总路射频线缆11与待测天线6和集总开关3电连接，多个射频电磁波发射器5安装在球面支架4上通过开关支路射频线缆12与集总开关3电连接。

以上几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，包括：

S1：获取相控阵天线姿态信息；

S2：计算并控制第一波束指向；

S3：对所述第一波束进行测试寻优；

S4：根据步骤S3得到的电平值记录表计算并控制第二波束指向；

S5：对所述第二波束进行测试寻优；

S6：将步骤S3和步骤S5得到的电平值记录表中的控制电平值与计算得到的电平值进行对比并计算均方差；

若所述均方差小于所述第一阈值，则根据步骤S3得到的电平值记录表进行波束计算及控制；

若所述均方差大于所述第一阈值小于所述第二阈值，则根据步骤S5得到的电平值记录表进行波束计算及控制；

若所述均方差大于所述第二阈值，则调整所述第一波束和所述第二波束之间的距离，对所述第二波束再次进行测试寻优，并将寻优得到的电平值记录表中的控制电平值与所述第一波束测试寻优得到的电平值记录表中的控制电平值进行均方差数值计算，再次与所述第二阈值对比，直到小于所述第二阈值；

所述测试寻优具体为：通过与集总开关导通的射频电磁波发射器捕获相控阵天线的最大信号功率，由信号采集设备进行电平采集后传送至总控终端，由总控终端记录并分析获取所述最大信号功率值时加载的控制电平值，记录并保持。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，所述测试寻优包括深度行扫描和深度列扫描。

3.根据权利要求2所述的相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，所述深度行扫描和所述深度列扫描具体为：

S11：控制第一行的加载电平；

S12：获取所述第一行在最大信号功率时采集的电平；

S15：按列重复执行S11至S14。

4.根据权利要求1所述的相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，对所述第一波束和所述第二波束进行测试寻优时连续执行两次测试寻优。

5.根据权利要求1所述的相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，在所述第一波束和所述第二波束之间的区域，根据就近指向角计算电平值并进行波束计算及控制。

6.根据权利要求1所述的相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，所述第一波束和所述第二波束为相邻的两个波束。

7.根据权利要求1所述的相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，若所述均方差大于所述第二阈值，则调整所述第一波束和所述第二波束之间的距离，具体为：将所述第二波束往所述第一波束区域靠近。

8.根据权利要求1所述的相控阵天线快速自动校准方法，其特征在于，8×8相控阵天线的第一阈值为5％，第二阈值为12％。

9.一种相控阵天线快速自动校准装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取相控阵天线姿态信息；

控制模块，用于计算并控制第一波束指向；

第一测试寻优模块，用于对所述第一波束进行测试寻优并得到第一电平值记录表；

计算模块，用于根据所述第一电平值记录表计算并控制第二波束指向；

第二测试寻优模块，用于对所述第二波束进行测试寻优并得到第二电平值记录表；

对比模块，用于将所述第一电平值记录表和所述第二电平值记录表中的控制电平值与计算得到的电平值进行对比并计算均方差；

若所述均方差小于所述第一阈值，则根据所述第一电平值记录表进行波束计算及控制；

若所述均方差大于所述第一阈值小于所述第二阈值，则根据所述第二电平值记录表进行波束计算及控制；

若所述均方差大于第二阈值，则调整所述第一波束和所述第二波束之间的距离，对所述第二波束再次进行测试寻优，并将寻优得到的电平值记录表中的控制电平值与所述第一电平值记录表中的控制电平值进行均方差数值计算，再次与所述第二阈值对比，直到小于所述第二阈值；

10.一种用于实现权利要求1-8任一项所述的相控阵天线快速自动校准方法的相控阵天线快速自动校准***，其特征在于，包括总控终端、信号采集设备、集总开关、球面支架、射频电磁波发射器和待测天线，所述总控终端通过待测天线控制线、集总开关控制线和数据采集线分别与所述待测天线、所述集总开关和所述信号采集设备电连接，所述信号采集设备还通过天线射频线缆和开关总路射频线缆与所述待测天线和所述集总开关电连接，所述射频电磁波发射器安装在所述球面支架上，所述射频电磁波发射器通过开关支路射频线缆与所述集总开关电连接。