CN116826381A - 相控阵天线指向精度的修正方法、设备及*** - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种天线精度修正技术领域，尤其涉及一种相控阵天线指向精度的修正方法、设备及***，方法包括：获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息；根据相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；对多项式函数进行验证；若验证通过，则基于多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。本申请中的相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；波束指向范围是以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围。本申请中的技术方案，获取数据相较于现有技术效率更高，修正效率更快。多项式函数在验证通过后投入使用保证修正精度。
Description
技术领域
本申请涉及天线精度修正技术领域，尤其涉及一种相控阵天线指向精度的修正方法、设备及***。
背景技术
随着电子对抗技术的发展和外空间目标探测、控制的需要,实用雷达的发展已经到了相控阵雷达阶段。相控阵雷达天线的波束扫描由计算机控制,不存在惯性问题,具有扫描速度快、波束赋形快速、跟踪能力强、搜索精度高、波束扫描灵活敏捷等常规天线所不具备的能力,有很大的灵活性。
随着空间技术和雷达技术的飞速发展,对天线的跟踪能力和搜索能力提出了越来越高的要求。但如何更有效地提高相控阵天线的波束指向精度历来受到人们的关注；提高波束指向精度是当今电子对抗时代对雷达天线的必然要求,相控阵雷达对相控阵天线提出了同样的要求。相控阵天线的波束指向精度是其重要技术指标之一。某些跟踪制导雷达和精密靶场测量雷达甚至要求其波束指向精度达到十分之一个毫弧度。
相控阵天线的指向精度主要受以下误差影响：
1.天线阵元加工和安装误差导致单元方向图的差异，从而引起的阵面幅相误差；
2.由辐射单元位置误差引起的阵面幅相误差；
3.由移相器的量化误差和执行误差引起的阵面相位误差；
4.由衰减器量化误差和执行误差引起的阵面幅度误差；
5.调整衰减器时附加调相引起的阵面相位误差；
6.阵元之间互耦引起的阵面幅相误差；
7.阵面温度不平衡引起的幅相误差；
8.阵元失效引起的阵面幅相误差。
借助于数字移相器,相控阵天线可以在若干毫秒以内把波束由一个方向转移至另一方向,实现对移动目标的有效跟踪，但是数字移相器不能连续移相,从而使相控阵天线各单元的实际相位与理想相位之间存在偏差,即出现相位量化误差的问题。解决相控阵天线量化相位的办法是采用随机馈相法,该方法包括二可能值法、预加相位法、相位误差均值为零法等，但加工、安装、互耦、温度变化、阵元失效等造成的误差是无法提前预估的，现有技术中暂时没有有效的办法提前预知并通过设计和算法解决；因而只能通过指向精度修正提高相控阵天线的波束指向精度。
现有技术中通过提取相控阵天线的天线方向图来进行相控阵天线的波束指向精度修正，具体为提取天线方向图中的和方向图的峰值角度或者差方向图的零点角度作为波束指向角进行修正。但是指向修正精度越高，需要采集的方向图信息越多，高精度的指向修正需要较长时间，效率低下且成本较高。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中进行相控阵天线的波束指向精度修正需要较长时间，效率低下且成本较高的问题，本申请提供一种相控阵天线指向精度的修正方法、设备及***。
本申请的方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种相控阵天线指向精度的修正方法，其特征在于，包括：
获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息；所述相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；所述波束指向范围是以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围；
根据所述相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；
通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；
对所述多项式函数进行验证；
若验证通过，则基于所述多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。
优选地，对所述多项式函数进行验证，包括：
通过所述多项式函数计算各测试指向角度对应的补偿控制角度；
若根据相位信息确定的补偿控制角度和通过多项式函数计算得到的补偿控制角度之间的误差满足指向精度指标，则验证通过。
优选地，若验证未通过，则增加测试指向角度的个数；
根据更新后的测试指向角度得到更新后的多项式函数；
对更新后的多项式函数进行验证。
优选地，基于所述多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正，包括：
将待修正实际指向角度输入所述多项式函数；
根据所述多项式函数计算得到所述待修正实际指向角度对应的补偿控制角度。
优选地，所述测试指向角度的角度间隔相同。
优选地，获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息，包括：
设定相控阵天线的波束指向范围、转动角度间隔和时间间隔；
在接收到测试开始指令时，基于所述时间间隔控制传动装置带动相控阵天线以所述转动角度间隔为基准进行转动；
在每次转动后，通过波控盒控制相控阵天线在当前测试指向角度对应的波束指向范围内进行波束电扫；
获取相控阵天线在每次转动后的相位信息。
优选地，所述相位信息包括：差通道相位信息。
优选地，根据所述相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度，包括：
根据所述差通道相位信息确定差波束相位出现翻转时的波束指向；
将差波束相位出现翻转时的波束指向确定为测试指向角度对应的补偿控制角度。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种相控阵天线指向精度的修正设备，包括：
处理器和存储器；
所述处理器与存储器通过通信总线相连接：
其中，所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行如以上任一项所述的一种相控阵天线指向精度的修正方法。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种相控阵天线指向精度的修正***，包括：
相控阵天线、传动装置、矢量网络分析仪、喇叭天线、波控盒和控制终端；
所述相控阵天线和所述喇叭天线均连接所述矢量网络分析仪；
所述控制终端连接所述矢量网络分析仪和所述传动装置，还通过所述波控盒连接所述相控阵天线；
所述相控阵天线与所述喇叭天线对准；
所述传动装置用于带动所述相控阵天线进行转动；
所述矢量网络分析仪用于接收所述相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息，并将所述相位信息发送到所述控制终端；所述相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；所述波束指向范围为以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围；
所述控制终端用于控制传动装置带动所述相控阵天线进行转动，通过所述波控盒控制所述相控阵天线的波束指向；
所述控制终端还获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息；
根据所述相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；
通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；
对所述多项式函数进行验证；
若验证通过，则基于所述多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中的相控阵天线指向精度的修正方法，包括：获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息；根据相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；对多项式函数进行验证；若验证通过，则基于多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。本申请中的相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；波束指向范围是以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围。本申请中的技术方案，获取数据相较于现有技术效率更高，且根据各测试指向角度和补偿控制角度的对应关系拟合得到多项式函数的方式，可以大幅减少数据的测试量和数据存储量，提高修正效率。并且多项式函数只有在验证通过后才投入使用，可以保证修正精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的一种相控阵天线指向精度的修正方法的流程示意图；
图2是本申请一个实施例提供的一种相控阵天线指向精度的修正设备的结构示意图；
图3是本申请一个实施例提供的一种相控阵天线指向精度的修正***的结构示意图。
附图标记：处理器-21；存储器-22；相控阵天线-31；传动装置-32；矢量网络分析仪-33；喇叭天线-34；波控盒-35；控制终端-36。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是本申请一个实施例提供的一种相控阵天线指向精度的修正方法的流程示意图，参照图1，一种相控阵天线指向精度的修正方法，包括：
S11：获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息；相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；波束指向范围是以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围；
S12：根据相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；
S13：通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；
S14：对多项式函数进行验证；
S15：若验证通过，则基于多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。
需要说明的是，和通道的方向图在波束指向附近的相位是平的，而差通道的方向图在波束指向左右相位翻转；因而可以通过检测相控阵天线相位的方式确定相控阵天线的实际波束指向。
基于此，获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息，包括：
设定相控阵天线的波束指向范围、转动角度间隔和时间间隔；
在接收到测试开始指令时，基于时间间隔控制传动装置带动相控阵天线以转动角度间隔为基准进行转动；
在每次转动后，通过波控盒控制相控阵天线在当前测试指向角度对应的波束指向范围内进行波束电扫；
获取相控阵天线在每次转动后的相位信息。
需要说明的是，相位信息包括：差通道相位信息。
可以理解的是，本实施例中仅根据差通道相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度即可。
进一步的，根据相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度，包括：
根据差通道相位信息确定差波束相位出现翻转时的波束指向；
将差波束相位出现翻转时的波束指向确定为测试指向角度对应的补偿控制角度。
需要说明的是，差波束相位出现翻转时的波束指向即为差波束相位变化最大，同时翻转前后相位均值和和通道相位相等的波束指向。
举例说明，设定相控阵天线的波束指向范围为以测试指向角度为中心，±0.5°的角度范围，即若当前测试指向角度为5°，则其对应的波束指向范围为4.5°-5.5°。
需要说明的是，测试指向角度的角度间隔相同。
本实施例中设定转动角度间隔为5°，时间间隔为1分钟。
将相控阵天线与喇叭天线均接入矢量网络分析仪，再将相控阵天线与接收相控阵天线信号的喇叭天线进行对齐，控制传动装置带动相控阵天线旋转5°，然后通过波控盒控制相控阵天线在4.5°-5.5°的波束指向范围内进行波束电扫，矢量网络分析仪同时提取相控阵天线在和通道和差通道的相位信息。
重复上述过程，可以得到各测试指向角度对应的补偿控制角度，如下表1所示。
可以理解的是，本实施例中利用相控阵天线的电扫模式获取数据，可以大大提升数据采集效率。
如下表1所示，各测试指向角度均对应有根据相位信息确定的补偿控制角度和通过多项式函数计算得到的补偿控制角度。
表1：
本实施例中，对多项式函数进行验证，包括：
通过多项式函数计算各测试指向角度对应的补偿控制角度；
若根据相位信息确定的补偿控制角度和通过多项式函数计算得到的补偿控制角度之间的误差满足指向精度指标，则验证通过。
需要说明的是，由表1中的数据拟合得到的多项式函数为：
y = 3E-09x6+ 2E-07x5- 1E-06x4- 3E-05x3+ 0.0002x2+ 1.012x + 0.0003；
表1中B列为根据相位信息确定的补偿控制角度，C列为多项式函数计算得到的补偿控制角度，由B与C列的误差值（D列）可以看出，指向精度误差可以达到0.04°，可以满足大多数相控阵指向精度要求。
需要说明的是，若验证未通过，则增加测试指向角度的个数；
根据更新后的测试指向角度得到更新后的多项式函数；
对更新后的多项式函数进行验证。
可以理解的是，本实施例中，在多项式函数的验证未通过时，可以通过增加测试指向角度的个数的方式来减小采数步进，通过增加数据采集量的方式重新拟合多项式函数以提高多项式函数的精度。
对更新后的多项式函数进行验证，直至根据相位信息确定的补偿控制角度和通过多项式函数计算得到的补偿控制角度之间的误差满足指向精度指标，即多项式函数通过验证为止。
需要说明的是，基于多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正，包括：
将待修正实际指向角度输入多项式函数；
根据多项式函数计算得到待修正实际指向角度对应的补偿控制角度。
可以理解的是，在具体实践中，可以通过多项式函数得到相控阵天线任意角度的补偿控制角度，在向多项式函数中输入任意一个待修正实际指向角度，即可得到对应的补偿控制角度，进而根据该补偿控制角度对相控阵天线进行指向精度修正。
可以理解的是，本实施例中的技术方案，获取数据相较于现有技术效率更高，且根据各测试指向角度和补偿控制角度的对应关系拟合得到多项式函数的方式，可以大幅减少数据的测试量和数据存储量，提高修正效率。并且多项式函数只有在验证通过后才投入使用，可以保证修正精度。
实施例二
图2是本申请一个实施例提供的一种相控阵天线指向精度的修正设备的结构示意图，参照图2，一种相控阵天线指向精度的修正设备，包括：
处理器21和存储器22；
处理器21与存储器22通过通信总线相连接：
其中，处理器21，用于调用并执行存储器22中存储的程序；
存储器22，用于存储程序，程序至少用于执行如以上实施例中的一种相控阵天线指向精度的修正方法。
实施例三
图3是本申请一个实施例提供的一种相控阵天线指向精度的修正***的结构示意图，参照图3，一种相控阵天线指向精度的修正***，包括：
相控阵天线31、传动装置32、矢量网络分析仪33、喇叭天线34、波控盒35和控制终端36；
相控阵天线31和喇叭天线34均连接矢量网络分析仪33；
控制终端36连接矢量网络分析仪33和传动装置32，还通过波控盒35连接相控阵天线31；
相控阵天线31与喇叭天线34对准；
传动装置32用于带动相控阵天线31进行转动；
矢量网络分析仪33用于接收相控阵天线31在不同测试指向角度下的相位信息，并将相位信息发送到控制终端36；相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；波束指向范围为以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围；
控制终端36用于控制传动装置32带动相控阵天线31进行转动，通过波控盒35控制相控阵天线31的波束指向；
控制终端36还获取相控阵天线31在不同测试指向角度下的相位信息；
根据相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；
通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；
对多项式函数进行验证；
若验证通过，则基于多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。
在具体实践中，喇叭天线34接矢量网络分析仪33的端口1，控阵天线31的和通道接矢量网络分析仪33的端口2，相控阵天线31的差通道接矢量网络分析仪33的端口3。
在具体实践中，传动装置32可以但不限于为机械臂或转台。
本实施例中的相控阵天线指向精度的修正***，获取数据相较于现有技术效率更高，且根据各测试指向角度和补偿控制角度的对应关系拟合得到多项式函数的方式，可以大幅减少数据的测试量和数据存储量，提高修正效率。并且多项式函数只有在验证通过后才投入使用，可以保证修正精度。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种相控阵天线指向精度的修正方法，其特征在于，包括：
获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息；所述相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；所述波束指向范围是以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围；
根据所述相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；
通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；
对所述多项式函数进行验证；
若验证通过，则基于所述多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述多项式函数进行验证，包括：
通过所述多项式函数计算各测试指向角度对应的补偿控制角度；
若根据相位信息确定的补偿控制角度和通过多项式函数计算得到的补偿控制角度之间的误差满足指向精度指标，则验证通过。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若验证未通过，则增加测试指向角度的个数；
根据更新后的测试指向角度得到更新后的多项式函数；
对更新后的多项式函数进行验证。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正，包括：
将待修正实际指向角度输入所述多项式函数；
根据所述多项式函数计算得到所述待修正实际指向角度对应的补偿控制角度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测试指向角度的角度间隔相同。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息，包括：
设定相控阵天线的波束指向范围、转动角度间隔和时间间隔；
在接收到测试开始指令时，基于所述时间间隔控制传动装置带动相控阵天线以所述转动角度间隔为基准进行转动；
在每次转动后，通过波控盒控制相控阵天线在当前测试指向角度对应的波束指向范围内进行波束电扫；
获取相控阵天线在每次转动后的相位信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位信息包括：差通道相位信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度，包括：
根据所述差通道相位信息确定差波束相位出现翻转时的波束指向；
将差波束相位出现翻转时的波束指向确定为测试指向角度对应的补偿控制角度。
9.一种相控阵天线指向精度的修正设备，其特征在于，包括：
处理器和存储器；
所述处理器与存储器通过通信总线相连接：
其中，所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行权利要求1-8任一项所述的一种相控阵天线指向精度的修正方法。
10.一种相控阵天线指向精度的修正***，其特征在于，包括：
相控阵天线、传动装置、矢量网络分析仪、喇叭天线、波控盒和控制终端；
所述相控阵天线和所述喇叭天线均连接所述矢量网络分析仪；
所述控制终端连接所述矢量网络分析仪和所述传动装置，还通过所述波控盒连接所述相控阵天线；
所述相控阵天线与所述喇叭天线对准；
所述传动装置用于带动所述相控阵天线进行转动；
所述矢量网络分析仪用于接收所述相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息，并将所述相位信息发送到所述控制终端；所述相位信息为测试指向角度对应的波束指向范围的相位信息；所述波束指向范围为以测试指向角度为中心，上下幅度不超过预设阈值的角度范围；
所述控制终端用于控制传动装置带动所述相控阵天线进行转动，通过所述波控盒控制所述相控阵天线的波束指向；
所述控制终端还获取相控阵天线在不同测试指向角度下的相位信息；
根据所述相位信息确定各测试指向角度对应的补偿控制角度；
通过非线性插值的方式对各测试指向角度以及对应的补偿控制角度进行拟合得到多项式函数；
对所述多项式函数进行验证；
若验证通过，则基于所述多项式函数对相控阵天线进行指向精度修正。
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2023
- 2023-08-23 CN CN202311067895.6A patent/CN116826381B/zh active Active
Patent Citations (9)
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| Publication number | Publication date |
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