CN115208487A - 幅相校准方法和*** - Google Patents

Abstract

本申请提供一种幅相校准方法和***，数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，一路发至发射通道中的上变频处理模块、一路保存在各接收通道的校准单元作为本地基准信号。各接收通道的校准单元根据由发射通道和校准口环回的基带数字校准信号在数字域和本地基准信号之间的滑动相关性进行时延校正，并基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子。本方案，将经由发射通道和开关网络环回的基带数字校准信号在数字域和本地基准信号进行比较，实现各通道的时延校正、相位、幅度补偿。如此，无需依赖于任何一路接收通道作为基准通道，避免了设备复杂和成本较高的问题，且避免引入额外的幅相噪声。

Description

幅相校准方法和***

技术领域

本发明涉及雷达、通信技术领域，具体而言，涉及一种幅相校准方法和***。

背景技术

相控阵雷达及通信设备通常由天线阵面、射频合成信号开关网络、射频上下变频通道、中频上下变频通道、模数转换、收发数字信号处理等模块组件组成。因此，设备中同一通道在不同上电时刻、不同温度、不同频点的相位幅度及同步时延都会有所不同，而多通道相互间的各种特性差异也会造成时延、相位和幅度增益也不一样。

采用单脉冲测角跟踪体制的相控阵雷达，和通道、方位差、俯仰差通道间增益幅度、相位及时延不一致，会造成被测目标的距离、方位俯仰角、波束指向精度偏移，性能下降。即便是工作期间各通道的器件老化，也会导致通道间幅相差异，影响测角测距的准确性和跟踪性能。

采用数字波束形成体制的相控阵雷达，射频收发中频变频通道、高速模数转换靠近天线阵面集成，多通道的回波采样数据通过光纤高速传输到后端数字信号处理。由于受高速模数采样时钟、光模块收发端的同步时钟、传输距离不一样等影响，在使用数字阵列信号处理技术实现高精度测角前，各通道间要求时延同步校正，根据不同的工作频点，同时对多通道的幅度和相位做准确的测量和修正。

现有通道校准方法常需要提供外部基准信号源，用专门的接收变频通道为基准通道，存在***设备复杂和成本提高等缺陷，同时各通道没有单独的时延检测与校正。此外，也有的方案中选择其中一路接收变频通道为基准通道，这种方式中该通道本身的器件固有特性引入额外的幅相噪声变化，导致该基准通道校准信号信噪比降低，造成后端通道之间数字相位测量不准确。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种幅相校准方法和***，其能够实现各通道的时延校正、相位、幅度补偿，且避免设备复杂及引入额外的幅相噪声。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种幅相校准方法，应用于幅相校准***，所述幅相校准***包括数字信号处理模块、发射通道中的上变频处理模块、接收通道中的下变频处理模块和开关网络，所述数字信号处理模块包括各接收通道的校准单元，所述方法包括：

在校准模式下，所述数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，并将所述基准参考信号的一路发送至所述上变频处理模块、另一路保存在所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元作为本地基准信号；

所述上变频处理模块对所述基准参考信号进行处理，得到射频校准信号，并通过所述开关网络将所述射频校准信号环回至所述下变频处理模块；

所述下变频处理模块对所述射频校准信号进行处理，得到基带数字校准信号，并将所述基带数字校准信号返回至所述数字信号处理模块；

所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元根据所述基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正，并且基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存。

在可选的实施方式中，所述数字信号处理模块还包括校准控制单元和波形产生单元，所述基准参考信号包括PN码和数字校准波形；

所述数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号的步骤，包括：

所述校准控制单元产生跳频同步信号和频点号；

所述波形产生单元以跳频间隔时间为周期，基于所述跳频同步信号产生PN码，并将所述PN码与数字校准波形组成基准参考信号。

在可选的实施方式中，所述方法还包括预先配置各接收通道的初始增益值的步骤，该步骤包括：

针对每路接收通道，控制所述接收通道的增益，以在监测到所述数字信号处理模块中各接收通道的基准单元计算得到的幅度补偿因子为1时，确定此时所述接收通道的增益为最佳的初始增益值。

在可选的实施方式中，所述本地基准信号和所述基带数字校准信号分别为包括PN码和数字校准波形的基带IQ复信号，所述本地基准信号中的PN码为正交的I路和Q路复信号；

所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元根据所述基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正的步骤，包括：

针对每路接收通道，所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元调整所述接收通道中基带数字校准信号的时延，并在单个PN码积分区间内利用所述本地基准信号的PN码对所述离散射频校准信号中的PN码进行相关后能量求和运算，在能量求和后的峰值超过预设阈值时确定达到时延预同步，并在多个积分区间内得到的峰值均超过所述预设阈值时，判定所述接收通道时延校正成功。

在可选的实施方式中，所述基带数字校准信号和本地基准信号为基带IQ复信号；

所述基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存的步骤，包括：

将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，以得到相位补偿值，并利用所述相位补偿值对所述基带数字校准信号进行相位补偿；

将相位补偿后的基带数字校准信号的幅度值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子；

将所述相位补偿值和所述幅度补偿因子进行保存。

在可选的实施方式中，所述将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，以得到相位补偿值的步骤，包括：

针对每路接收通道，在多个采样点下将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，得到多个采样点下的相位误差和；

根据所述相位误差和及所述采样点的个数计算得到相位平均值，作为相位补偿值。

在可选的实施方式中，所述将相位补偿后的基带数字校准信号的幅度值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子的步骤，包括：

采集经相位补偿后的基带数字校准信号的多个采样点下的幅度值之和；

根据所述幅度值之和以及所述采样点的个数，计算得到幅度平均值；

将所述幅度平均值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子。

在可选的实施方式中，所述下变频处理模块包括射频下变频接收通道、中频下变频接收通道和AD转换模块；

所述下变频处理模块对所述射频校准信号进行处理，得到离散射频校准信号的步骤，包括：

所述射频下变频接收通道将所述射频校准信号转换到中频信号；

所述中频下变频接收通道将所述中频信号正交解调转换为I路和Q路零中频模拟信号；

所述AD转换模块对所述I路和Q路零中频模拟信号进行模数转换，得到离散的IQ数字正交的基带数字校准信号。

在可选的实施方式中，保存的相位补偿值和幅度补偿因子分别关联有对应的频点号、温度和增益段，所述方法还包括：

在正常工作模式下，各路接收通道根据当前的频点号、温度和增益段查找到接收到的数字信号对应的相位补偿值和幅度补偿因子，基于查找到的相位补偿因子对所述数字信号进行相位补偿，并且，基于查找到的幅度补偿因子对相位补偿后的数字信号进行幅度补偿。

第二方面，本发明提供一种幅相校准***，所述幅相校准***包括数字信号处理模块、发射通道中的上变频处理模块、接收通道中的下变频处理模块和开关网络，所述数字信号处理模块包括各接收通道的校准单元；

在校准模式下，所述数字信号处理模块，用于以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，并将所述基准参考信号的一路发送至所述上变频处理模块、另一路保存在所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元作为本地基准信号；

所述上变频处理模块，用于对所述基准参考信号进行处理，得到射频校准信号，并通过所述开关网络将所述射频校准信号环回至所述下变频处理模块；

所述下变频处理模块，用于对所述射频校准信号进行处理，得到基带数字校准信号，并将所述基带数字校准信号返回至所述数字信号处理模块；

所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元，用于根据所述基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正，并且基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本申请提供一种幅相校准方法和***，通过数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，一路发至发射通道中的上变频处理模块、一路保存在各接收通道的校准单元作为本地基准信号。上变频处理模块对基准参考信号处理得到射频校准信号，并通过开关网络环回至接收通道前端的下变频处理模块。下变频处理模块将射频校准信号处理为基带数字校准信号离散形式，并返回至数字信号处理模块，而各接收通道的校准单元根据基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性进行时延校正，并基于时延校准后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子。本方案中，基准参考信号经发射通道及开关网络校准口环回至各接收通道，在校准单元中将环回的基带数字校准信号和本地基准信号进行比较，实现各通道的时延校正、相位、幅度补偿。如此，不需要依赖于任何一路接收通道作为基准通道，避免了设备复杂和成本较高的问题，且避免引入额外的幅相噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的幅相校准***的结构框图；

图2为本申请实施例提供的幅相校准的流程图；

图3为本申请实施例提供的幅相校准***的另一结构框图；

图4为图2中步骤S103包含的子步骤的流程图；

图5为本申请实施例提供的接收通道校准原理的示意图；

图6为图2中步骤S104包含的子步骤的流程图；

图7为图6中步骤S1041包含的子步骤的流程图；

图8为图6中步骤S1042包含的子步骤的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参阅图1，为本申请实施例提供的幅相校准***，该幅相校准***为自动化的多频点多通道的校准***，该***包括数字信号处理模块、发射通道中的上变频处理模块、接收通道中的下变频处理模块和开关网络（含和差器）。其中，数字信号处理模块中包括各接收通道的校准单元。

本实施例中，幅相校准***除了包含上述各个部件外，还包括天线阵面，具体地，开关网络与天线阵面连接，并且，还分别与发射通道中的上变频处理模块、接收通道中的下变频处理模块连接。上变频处理模块和下变频处理模块还分别与数字信号处理模块连接。

本实施例提供的幅相校准***，在设备上电后可自动配置各接收通道初始增益值，自动调整各接收通道间的时延，各通道自动完成校准并生成不同频点、不同温度、不同增益段的幅相补偿校准表，以供设备正常工作时查表使用，可提高多接收通道间的时延、幅相一致性，保证设备测距、测角的精度。

请参阅图2，为本申请实施例提供的幅相校准方法的流程图，该幅相校准方法有关的流程所定义的方法步骤可以由上述的幅相校准***所实现。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。

S101，在校准模式下，所述数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，并将所述基准参考信号的一路发送至所述上变频处理模块、另一路保存在所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元作为本地基准信号。

S102，所述上变频处理模块对所述基准参考信号进行处理，得到射频校准信号，并通过所述开关网络将所述射频校准信号环回至所述下变频处理模块。

S103，所述下变频处理模块对所述射频校准信号进行处理，得到基带数字校准信号，并将所述基带数字校准信号返回至所述数字信号处理模块。

S104，所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元根据所述基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正，并且基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存。

本实施例中，设备在上电后，切换至校准模式下，请结合参阅图3，数字信号处理模块除了包括各接收通道的校准单元外，还包括（自动）校准控制单元和波形产生单元，基于FPGA（Field Programmable Gate Array，可编程阵列逻辑）全数字化电路设计。实施时，可首先设计并产生标准的数字校准信号、自动化校准控制时序等。基准参考信号包括PN（伪随机噪声）码和数字校准波形。

校准控制单元产生跳频同步信号和频点号，以跳频间隔时间T _hf 为周期控制波形产生单元。波形产生单元可以跳频间隔时间为周期，基于跳频同步信号产生PN码，并将PN码与数字校准波形组成基准参考信号。

其中，波形产生单元在每间隔T _hf 周期重复产生基准参考信号，其中，基准参考信号为数字PN码和数字校准波形所构成的全数字的基带IQ复信号。数字校准波形可以是单音连续波、线性调频波形或者是本地存储的其它波形等，用于各通道相位、幅度、增益修正。

产生的基准参考信号一路发送给发射通道中的上变频处理模块以产生射频校准信号，另一路发送至各接收通道的校准单元作为本地基准信号标校使用。

发射通道中上变频处理模块可对获取的基准参考信号进行处理得到射频校准信号，而开关网络在正常工作模式时，可接收来自发射通道的较高功率射频信号，以驱动天线阵面。在校准模式下，开关网络可通过开关控制将来自发射通道的射频校准信号经校准口环回送入各接收通道前端，也即，接收通道中的下变频处理模块。

本实施例中的收发通道的变频模块采用二级混频组件实现上下超宽捷变频。具体地，上变频处理模块包括射频上变频发射通道、中频上变频发射通道和DA转换模块。下变频处理模块包括射频下变频接收通道、中频下变频接收通道和AD转换模块。

射频上变频发射通道和射频下变频发射通道属于第一级射频上下变频通道，其采用混频本振频率固定，而中频上变频发射通道和中频下变频发射通道属于第二级中频上下变频通道，其采用混频本振频率可变，并可支持快速跳频，中频快速变频范围可为2G~6GHz。

本实施例中的中频上下变频通道、DA转换模块/AD转换模块，可选用支持射频捷变并集成ADC/DAC的单芯片方案，也可以选用分离组件完成正交下变频、AD采样后得到基带数字信号。点参数、跳频控制、AD/DA配置接口可采用SPI总线。

请参阅图4，在下变频处理模块获取从校准口环回的射频校准信号后，对射频校准信号的处理可通过以下方式实现：

S1031，所述射频下变频接收通道将所述射频校准信号转换到中频信号。

S1032，所述中频下变频接收通道将所述中频信号正交解调转换为I路和Q路零中频模拟信号。

S1033，所述AD转换模块对所述I路和Q路零中频模拟信号进行模数转换，得到离散的IQ数字正交的基带数字校准信号。

本实施例中，各接收通道接收的射频校准信号经两次模拟下变频并IQ模拟正交解调后送入AD转换模块，完成模数转换后的离散的IQ数字正交的基带数字校准信号将送入到数字信号处理模块中各接收通道的校准单元，以供后续进行校准使用。

各接收通道的校准单元在接收到环回的基带数字校准信号后，将基于基带数字校准信号和保存的本地基准信号之间数字PN码相关性实现同时检测各接收通道大于一个采样时钟周期的时延，各接收通道各自独立自动完成时延校正。在此基础上，完成各接收通道的相位补偿值和幅度补偿因子的计算。各接收通道的时延和幅相校正可同时并行进行，相互不产生影响。

在此基础上，基于校准控制单元产生跳频同步信号和频点号，自动步进需要校准的频点号，还可在不同温度、不同增益段下重复上述的校准过程，从而可得到在不同频点、不同温度、不同增益段下相位补偿值和幅度补偿因子的计算，并进行保存。从而实现多通道并行同时完成多频点的时延相位和幅度校准过程。

本实施例中，计算得到的各接收通道的相位补偿值、幅度补偿因子等可保存至相应的幅相补偿校准表中，以便于后续设备工作时所用。

本实施例所提供的幅相校准方案，通过产生基准参考信号并一路送入发射通道的上变频处理模块、一路送入各接收通道的校准单元中。将经发射通道及开关网络校准口环回至各接收通道的校准单元的基带数字校准信号与本地基准信号进行比较，以获得多个接收通道间的时延、相位、幅度差值。校准过程中可自动检测并调整各接收通道间时延差，根据各接收通道相位、幅度差值补偿各接收通道的幅相，实现通道间的相位幅度时延一致。

本方案中，基准参考信号不依赖于任何一路接收硬件通道，在任何一路接收通道出现故障时，也不会影响其它接收通道的校准工作，可避免设备复杂、成本较高的问题，并且可以避免引入额外的幅相噪声的问题。

此外，基准参考信号包括数字PN码和数字校准波形两部分，使用数字调制和解调后的PN码相关性实现同时检测各接收通道大于一个采样时钟周期的时延，各接收通道各自独立自动完成时延校正，各通道时延和幅相校正同时并行进行互不影响。

基准参考信号的数字校准波形可包含不同频点波形，能实现对宽带信号和窄带信号的幅度相位校准。

此外，针对在数字域信号处理领域中，现有的幅相校准方法通常基于调整数字下变频NCO（数控振荡器）的相位来实现的，而不适用于I/Q复基带零数字中频***的幅度相位校准，同时在整个校准过程中也没有提出多频点的具体变频方法的缺陷。本方案中，基准参考信号为全数字的基带IQ复信号，可同时适用于IQ复基带零数字中频***的幅度相位校准，校准过程中数字信号处理不需要做数字下变频处理。

本实施例所提供的幅相校准方案，具有更高的灵活性、更低的复杂度、更小的体积和功耗，以及更低的硬件开发和重设计成本。

本实施例中，在上述正式进行校准之前，为了保障各通道增益平坦度的控制，还可预先配置各接收通道的初始增益值。具体地，可以通过以下方式实现：

针对每路接收通道，控制接收通道的增益，以在监测到数字信号处理模块中各接收通道的校准单元计算得到的幅度补偿因子为1时，确定此时接收通道的增益为最佳的初始增益值。

本实施例中，可将预先配置的各接收通道的初始增益值保存在初始增益表中，在初始增益值的基础上，各通道增益平坦度容易控制在3db内或更低范围内。其中，每套设备的通道的初始增益表可为唯一的，也即仅需做一次特殊的通道校准即可确定并保存，以便后续可查表使用。

请结合参阅图5，本实施例中，本地基准信号中的PN码为正交的I路和Q路复信号，在上述步骤S104中，在进行时延校正时，具体地可通过以下方式实现：

针对每路接收通道，数字信号处理模块中各接收通道的校准单元调整接收通道中基带数字校准信号的时延，并在单个PN码积分区间内利用本地基准信号的PN码对基带数字校准信号中的PN码进行相关后能量求和运算，在能量求和后的峰值超过预设阈值时确定达到时延预同步，并在多个积分区间内得到的峰值均超过所述预设阈值时，判定接收通道时延校正成功。

本实施例中，通过调节每路接收通道中基带数字校准信号的时延，使得本地基准信号的PN码与基带数字校准信号的PN码间定时误差小于1个采样周期间隔，该过程中采用基于滑动相关的峰值检测方式实现。

本实施例中，本地基准信号中的PN码为正交的I路和Q路复信号。其中，本地基准信号中PN码由两路I和Q伪随机序列发生器产生，其生成的多项式可表示如下：

IQ基带信号采样周期为T _s ，使本地基准信号中PN码与基带数字校准信号中PN码间定时误差小于1个码片，采用基于滑动相关的串行时延检测方案，在整个PN码片积分区间T _L 内是相互正交的，能获取很好的相关峰值输出，计算各通道的补偿时延

，

，数学表达式如下：

其中，G(t)表示本地基准信号中PN码复信号；R(t-T _s )表示相对于本地基准信号中PN码时延为T _s 的基带数字校准信号中PN码复信号。

在校准过程中，各接收通道闭环自动控制和调整时延完成PN码检测，当峰值超过设置的预设阈值时，可认为PN码达到预同步。在经过

个PN码采样周期，并检测峰值与预设阈值的大小关系，这样经过多次检测，若每次都超过预设阈值时认为该通道时延同步调整成功。

在各接收通道完成时延同步后，可基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号计算相位补偿值和幅度补偿因子。请参阅图6，本实施例中，该步骤具体可通过以下方式实现：

S1041，将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，以得到相位补偿值，并利用所述相位补偿值对所述基带数字校准信号进行相位补偿。

S1042，将相位补偿后的基带数字校准信号的幅度值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子。

S1043，将所述相位补偿值和所述幅度补偿因子进行保存。

本实施例中，在基于时延校正后的基带数字校准信号与本地基准信号进行相参复数乘运算，以得到相位补偿值的过程中，请参阅图7，可通过以下方式实现：

S10411，针对每路接收通道，在多个采样点下将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，得到多个采样点下的相位误差和。

S10412，根据所述相位误差和及所述采样点的个数计算得到相位平均值，作为相位补偿值。

本实施例中，在通道校正时，射频校准信号通过开关网络（或和差器）的校准口环回送入各接收通道的前端，由***保证各接收的基带数字校准信号的相位差为零，幅度比为1，即接收到的射频校准信号经过模拟前端正交解调成零中频模拟I和Q信号，分别经AD变换后，进入IQ基带数字校准信号处理。

其中，各接收通道的校准单元中的本地基准信号可表示如下：

其中，

为复数函数，表示本地基准信号；

为实数值，表示本地基准信号幅度；

是频率为

的本地基准信号复数表达形式。

各接收通道接收到的基带数字校准信号可表示如下：

其中，

为复数函数，表示第n个接收通道接收到的基带数字校准信号；

为实数值，表示第n个接收通道接收到的信号幅度；

表示频率为

、相对于本地基准信号时延为

的基带数字校准信号复数表达形式；

表示基带数字校准信号相对于本地基准信号相位角度差为

的复数表达形式。

将本地基准信号与环回的基带数字校准信号进行相参复数乘运算，得到各接收通道采样点数为m的相位误差相关函数为：

本地基准信号与环回的基带数字校准信号同频

=

，经时延同步调整后

约等于0，则上式可以简化为：

将基带数字校准信号频率

间隔划分为k个频点[ω1 ,ω2 ,…,ωk]。可计算出通道n的M个相位偏差值

，然后求取平均值作为通道n在频点k的最终相位差测量值

。

完成收发通道时延同步校正和相位差测量后，得到通道n在频点k的相位补偿值

，

为相位补偿复数值的幅度缩放系数。通道相位补偿处理可采用复数乘法，即将各通道接收的基带复信号乘上各自的相位补偿值

。

在校准过程中，得到的各通道的相位补偿值

保存在存储器中，正常工作时基于当前频点号k查表使用。

在校准过程中，对环回的基带数字校准信号执行上述的时延同步和相位补偿后，将基带数字校准信号的幅度值与本地基准信号的幅度值进行除运算，计算得到幅度补偿因子。请参阅图8，具体地，该步骤可以通过以下方式实现：

S10421，采集经相位补偿后的基带数字校准信号的多个采样点下的幅度值之和。

S10422，根据所述幅度值之和以及所述采样点的个数，计算得到幅度平均值。

S10423，将所述幅度平均值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子。

本实施例中，基带数字校准信号经时延和相位补偿后的信号表达式可如下：

其中，

为复数函数，表示频点k时第n个接收通道经时延和相位补偿后的基带数字校准信号；

为复数函数，表示频点k时第n个接收通过经时延修正后的基带数字校准信号；

为复数值，表示频点k时第n个接收通道相位补偿值；

为实数值，表示本地基准信号幅度；

为实数值，表示频点k时第n个接收通道接收到的信号的幅度；

为实数值，表示相位补偿复数值的幅度缩放系数；

为频率为

的本地基准信号复数表达形式；

为频点k时的第n个接收通道接收到的信号相对于本地基准信号的相位角度差，与

互为同轨复数。

计算出通道n接收的基带数字校准信号经时延和相位补偿后的M个幅度值：

然后求取平均值作为通道n在频点k的相位补偿后信号的最终幅度值：

幅度补偿的理想值为与本地基准信号幅度一致，本地基准信号的幅度与相位补偿后的平均幅度值相除后可得到幅度补偿因子

。

通道n的频点k的

幅度补偿采用乘以幅度补偿因子

，最终完成该通道的幅相时延修正后的信号为：

在校准过程中，得到的各通道的幅度补偿因子

将保存在存储器中，正常工作时基于当前频点号进行查表获得。

本实施例中，通过以上的幅相校准过程，可以实现多通道的、不同频点、不同温度、不同增益段下的数字幅度相位补偿。

也即，保存的相位补偿值和幅度补偿因子分别关联有对应的频点号、温度和增益段。在此基础上，在正常工作模式下，各路接收通道根据当前的频点号、温度和增益段查找到接收到的数字信号对应的相位补偿值和幅度补偿因子，基于查找到的相位补偿因子对数字信号进行相位补偿，并且，基于查找到的幅度补偿因子对相位补偿后的数字信号进行幅度补偿。

由上述可知，本申请实施例还提供一种幅相校准***，该幅相校准***中在校准模式下，数字信号处理模块，用于以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，并将基准参考信号的一路发送至上变频处理模块、另一路保存在数字信号处理模块中各接收通道的校准单元作为本地基准信号。

上变频处理模块，用于对基准参考信号进行处理，得到射频校准信号，并通过开关网络将射频校准信号环回至下变频处理模块。

下变频处理模块，用于对射频校准信号进行处理，得到基带数字校准信号，并将基带数字校准信号返回至数字信号处理模块。

数字信号处理模块中各接收通道的校准单元，用于根据基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正，并且基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存。

关于本实施例中幅相校准***的各模块的处理流程、以及各模块之间的交互流程的描述可以参照上述方法实施例中的相关说明，这里不再详述。

本实施例所提供的幅相校准***中，基准参考信号在基带数字域FPGA内本地产生，该基准参考信号是两路正交IQ复信号，一路IQ信号送给现有的发射通道作为射频校准信号，通过天线端开关网络校准口环回到各接收通道，一路IQ信号送给各接收通道的校准单元作为本地基准信号。基准参考信号不依赖于任何一路接收硬件通道，任何一路接收通道出现故障，不会影响其它接收通道的校准工作，并且，该数字基准参考信号不会引入任何额外幅相噪声等变化。

本实施例中，基准参考信号包括数字PN码和数字校准波形，使用数字调制和解调后的PN码相关性实现同时检测各通道大于一个采样时钟周期的时延，各通道各自独立自动完成时延校正，各通道时延和幅相校正同时并行进行互不影响。

基准参考信号的数字校准波形中可包含不同频点波形，能实现对宽带信号和窄带信号的幅度相位校准。

此外，由于基准参考信号为数字基带IQ复信号，通过将环回的基带数字校准信号和本地基准信号比较来实现校准，适用于IQ复基带零中频***的幅度相位校准，校准单元直接接收AD采样数据做信号处理不需要数字下变频。可以避免现有的幅相校准方法通常是基于调整数字下变频NCO的相位来实现而不适用于I/Q复基带零中频***的幅度相位校准的缺陷。

综上所述，本申请实施例提供的幅相校准方法和***，通过数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，一路发至发射通道中的上变频处理模块、一路保存在各接收通道的校准单元作为本地基准信号。上变频处理模块对基准参考信号处理得到射频校准信号，并通过开关网络环回至接收通道前端的下变频处理模块。下变频处理模块将射频校准信号处理为基带数字校准信号离散形式，并返回至数字信号处理模块，而各接收通道的校准单元根据基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性进行时延校正，并基于时延校准后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子。本方案中，基准参考信号经发射通道及开关网络校准口环回至各接收通道，在校准单元中将环回的基带数字校准信号和本地基准信号进行比较，实现各通道的时延校正、相位、幅度补偿。如此，不需要依赖于任何一路接收通道作为基准通道，避免了设备复杂和成本较高的问题，且避免引入额外的幅相噪声。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种幅相校准方法，其特征在于，应用于幅相校准***，所述幅相校准***包括数字信号处理模块、发射通道中的上变频处理模块、接收通道中的下变频处理模块和开关网络，所述数字信号处理模块包括各接收通道的校准单元，所述方法包括：

在校准模式下，所述数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，并将所述基准参考信号的一路发送至所述上变频处理模块、另一路保存在所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元作为本地基准信号；

所述上变频处理模块对所述基准参考信号进行处理，得到射频校准信号，并通过所述开关网络将所述射频校准信号环回至所述下变频处理模块；

所述下变频处理模块对所述射频校准信号进行处理，得到基带数字校准信号，并将所述基带数字校准信号返回至所述数字信号处理模块；

所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元根据所述基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正，并且基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存。

2.根据权利要求1所述的幅相校准方法，其特征在于，所述数字信号处理模块还包括校准控制单元和波形产生单元，所述基准参考信号包括PN码和数字校准波形；

所述数字信号处理模块以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号的步骤，包括：

所述校准控制单元产生跳频同步信号和频点号；

所述波形产生单元以跳频间隔时间为周期，基于所述跳频同步信号产生PN码，并将所述PN码与数字校准波形组成基准参考信号。

3.根据权利要求1所述的幅相校准方法，其特征在于，所述方法还包括预先配置各接收通道的初始增益值的步骤，该步骤包括：

针对每路接收通道，控制所述接收通道的增益，以在监测到所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元计算得到的幅度补偿因子为1时，确定此时所述接收通道的增益为最佳的初始增益值。

4.根据权利要求1所述的幅相校准方法，其特征在于，所述本地基准信号和所述基带数字校准信号分别为包括PN码和数字校准波形的基带IQ复信号，所述本地基准信号中的PN码为正交的I路和Q路复信号；

所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元根据所述基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正的步骤，包括：

针对每路接收通道，所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元调整所述接收通道中基带数字校准信号的时延，并在单个PN码积分区间内利用所述本地基准信号的PN码对所述基带数字校准信号中的PN码进行相关后能量求和运算，在能量求和后的峰值超过预设阈值时确定达到时延预同步，并在多个积分区间内得到的峰值均超过所述预设阈值时，判定所述接收通道时延校正成功。

5.根据权利要求1所述的幅相校准方法，其特征在于，所述基带数字校准信号和本地基准信号为基带IQ复信号；

所述基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存的步骤，包括：

将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，以得到相位补偿值，并利用所述相位补偿值对所述基带数字校准信号进行相位补偿；

将相位补偿后的基带数字校准信号的幅度值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子；

将所述相位补偿值和所述幅度补偿因子进行保存。

6.根据权利要求5所述的幅相校准方法，其特征在于，所述将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，以得到相位补偿值的步骤，包括：

针对每路接收通道，在多个采样点下将时延校正后的基带数字校准信号与所述本地基准信号进行相参复数乘运算，得到多个采样点下的相位误差和；

根据所述相位误差和及所述采样点的个数计算得到相位平均值，作为相位补偿值。

7.根据权利要求5所述的幅相校准方法，其特征在于，所述将相位补偿后的基带数字校准信号的幅度值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子的步骤，包括：

采集经相位补偿后的基带数字校准信号的多个采样点下的幅度值之和；

根据所述幅度值之和以及所述采样点的个数，计算得到幅度平均值；

将所述幅度平均值与所述本地基准信号的幅度值进行除运算，得到幅度补偿因子。

8.根据权利要求1所述的幅相校准方法，其特征在于，所述下变频处理模块包括射频下变频接收通道、中频下变频接收通道和AD转换模块；

所述下变频处理模块对所述射频校准信号进行处理，得到离散射频校准信号的步骤，包括：

所述射频下变频接收通道将所述射频校准信号转换到中频信号；

所述中频下变频接收通道将所述中频信号正交解调转换为I路和Q路零中频模拟信号；

所述AD转换模块对所述I路和Q路零中频模拟信号进行模数转换，得到离散的IQ数字正交的基带数字校准信号。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的幅相校准方法，其特征在于，保存的相位补偿值和幅度补偿因子分别关联有对应的频点号、温度和增益段，所述方法还包括：

在正常工作模式下，各路接收通道根据当前的频点号、温度和增益段查找到接收到的数字信号对应的相位补偿值和幅度补偿因子，基于查找到的相位补偿因子对所述数字信号进行相位补偿，并且，基于查找到的幅度补偿因子对相位补偿后的数字信号进行幅度补偿。

10.一种幅相校准***，其特征在于，所述幅相校准***包括数字信号处理模块、发射通道中的上变频处理模块、接收通道中的下变频处理模块和开关网络，所述数字信号处理模块包括各接收通道的校准单元；

在校准模式下，所述数字信号处理模块，用于以跳频间隔时间为周期产生基准参考信号，并将所述基准参考信号的一路发送至所述上变频处理模块、另一路保存在所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元作为本地基准信号；

所述上变频处理模块，用于对所述基准参考信号进行处理，得到射频校准信号，并通过所述开关网络将所述射频校准信号环回至所述下变频处理模块；

所述下变频处理模块，用于对所述射频校准信号进行处理，得到基带数字校准信号，并将所述基带数字校准信号返回至所述数字信号处理模块；

所述数字信号处理模块中各接收通道的校准单元，用于根据所述基带数字校准信号和本地基准信号之间的滑动相关性，进行时延校正，并且基于时延校正后的基带数字校准信号和本地基准信号得到相位补偿值和幅度补偿因子并保存。

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