專利名稱：相控陣天線t/r組件的內(nèi)定標(biāo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，是一種監(jiān)測(cè)相控陣天線T/R組件性能的方法。
背景技術(shù)：
相控陣天線的核心器件是收發(fā)組件(T/R組件)，相控陣天線的方向圖是所有T/R 組件幅相特性合成的結(jié)果，每個(gè)T/R組件的性能都會(huì)對(duì)合成的方向圖產(chǎn)生影響。相控陣天線通過控制每個(gè)T/R組件移相器的相位來控制波束掃描，通過控制每個(gè)T/R組件放大器來實(shí)現(xiàn)特定方向圖的波束。在實(shí)際工作中，環(huán)境、溫度改變和器件老化等因素會(huì)造成T/R組件幅相特性與設(shè)定值存在一定偏差，因此必須對(duì)每一個(gè)T/R組件的實(shí)際增益和相移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)上的限制，監(jiān)測(cè)相控陣天線性能時(shí)，來自所有T/R組件的定標(biāo)信號(hào)要經(jīng)功合器匯合后送入專門設(shè)備進(jìn)行處理。對(duì)單個(gè)T/R組件的幅相特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵是采取措施從復(fù)合信號(hào)中分離出單個(gè)T/R組件的定標(biāo)信號(hào)。定標(biāo)的目的是通過采取一定措施、借助專門設(shè)備或特殊方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)性能和關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)。利用雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備或信號(hào)處理方法(包括編碼)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)， 即內(nèi)定標(biāo)；利用雷達(dá)系統(tǒng)外部設(shè)備(如地面角反射器、有源轉(zhuǎn)發(fā)器等)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，即外定標(biāo)。 雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)定標(biāo)所要監(jiān)測(cè)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)就是T/R組件的工作情況。已知的一種T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法是單個(gè)T/R組件通斷法，即開啟待測(cè)的那個(gè)T/R組件，關(guān)閉其余的T/R組件，這樣復(fù)合定標(biāo)信號(hào)即來自待測(cè)的那個(gè)T/R組件。這種方法的原理和信號(hào)處理都比較簡(jiǎn)單，但是，定標(biāo)時(shí)電源負(fù)荷與實(shí)際工作時(shí)相差較大，此時(shí)的T/R組件幅相特性可能與全部組件都工作時(shí)的性能不同；由于復(fù)合信號(hào)是來自所有T/R組件的信號(hào)之和，若某些T/R組件由于老化或失效等原因無法關(guān)閉，則會(huì)給其它T/R組件的定標(biāo)造成很大誤差。因此，保持所有T/R 組件都正常工作的同時(shí)從復(fù)合信號(hào)中提取出單個(gè)T/R組件的信號(hào)是實(shí)現(xiàn)T/R組件定標(biāo)的關(guān)鍵難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決現(xiàn)有技術(shù)問題，提出一種相控陣天線T/R組件的內(nèi)定標(biāo)方法，它可以不增加任何附加硬件，僅利用相控陣天線T/R組件自身的移相器，通過對(duì)T/R 組件信號(hào)編碼、解碼處理，達(dá)到在所有T/R組件都正常工作的實(shí)際情況下對(duì)單個(gè)T/R組件的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是一種相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其保持所有T/R組件都正常工作，在T/R組件定標(biāo)過程中，以各T/R組件的數(shù)字移相器自身作為編碼器，對(duì)經(jīng)過各T/R組件的復(fù)信號(hào)進(jìn)行空間和時(shí)間兩個(gè)維度上的相位編碼，對(duì)編碼后得到的復(fù)合信號(hào)序列進(jìn)行解碼，最后即得到每個(gè)T/R組件的復(fù)信號(hào)。所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其包括下列操作
(1)同時(shí)對(duì)經(jīng)過各個(gè)T/R組件的信號(hào)按照各自碼序的第一個(gè)碼字進(jìn)行相位編碼；(2)以相同比例抽取各T/R組件的信號(hào)，得到它們的復(fù)合信號(hào)；(3)更改各T/R組件的編碼為各自碼序中下一個(gè)碼字，進(jìn)行相位編碼；(4)重復(fù)進(jìn)行(2) (3)兩步操作，得到多個(gè)復(fù)合信號(hào)；(5)對(duì)得到的多個(gè)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行解碼，從而計(jì)算出每個(gè)T/R組件未經(jīng)編碼的信號(hào)， 即單個(gè)T/R組件的信號(hào)估值。所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其所述步驟⑴中的相位編碼，是通過T/ R組件移相器實(shí)現(xiàn)，即使用移相器中產(chǎn)生180°相移的那一位作為編碼器，接通產(chǎn)生180° 相移，代表編碼為-1 ；斷開產(chǎn)生0°相移，代表編碼為1。所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其所述編碼操作，是(1)對(duì)于不同的T/R組件，它們同時(shí)編碼，它們的碼字所組成的碼序是編碼矩陣的一行或一列；(2)對(duì)于同一 T/R組件，它在不同時(shí)刻的編碼所組成的碼序是編碼矩陣的一列或一行。所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其所述編碼矩陣(1)編碼矩陣是Hadamard矩陣的子矩陣，且編碼矩陣階數(shù)等于T/R組件個(gè)數(shù)；(2)編碼矩陣是從Hadamard矩陣的第二行、第二列開始的方陣。所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其所述步驟(5)中解碼操作，是(1)解碼矩陣是編碼矩陣的逆矩陣；(2)解碼操作是矩陣乘法運(yùn)算，即用解碼矩陣去乘以多次編碼得到的復(fù)合信號(hào)所組成的列向量，其結(jié)果仍為一個(gè)列向量；(3)解碼操作后得到的列向量的第一個(gè)元素對(duì)應(yīng)第一個(gè)T/R組件的信號(hào)估值，第二個(gè)元素對(duì)應(yīng)第二個(gè)T/R組件的信號(hào)估值，以此類推。本發(fā)明的有益效果是1)可以在所有T/R組件都工作的情況下監(jiān)測(cè)單個(gè)組件的性能，電源負(fù)荷情況與正常成像時(shí)符合，因此對(duì)T/R組件性能的監(jiān)測(cè)與實(shí)際情況十分接近；2)若某個(gè)T/R組件出現(xiàn)(其放大器或移相器不可控制)，用本方法得到的其它T/ R組件的測(cè)試結(jié)果不受影響。


圖1是T/R組件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，T/R組件19、端口 11、移相器12、收發(fā)開關(guān) 13、高功率放大器14、環(huán)形器15、地面回波射頻信號(hào)端口 16、低噪聲放大器17、數(shù)控衰減器 18 ；圖2是相控陣天線系統(tǒng)線路方框示意圖，其中，T/R組件19、功分器和功合器21、 M、輻射單元22、定向耦合器23。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的相控陣天線T/R組件的內(nèi)定標(biāo)方法，保持所有T/R組件都正常工作，在T/ R組件定標(biāo)過程中，以各T/R組件的數(shù)字移相器自身作為編碼器，對(duì)經(jīng)過各T/R組件的復(fù)信號(hào)(增益和相移)進(jìn)行兩個(gè)維度(空間和時(shí)間)上的相位編碼，對(duì)編碼后得到的復(fù)合信號(hào)序列進(jìn)行解碼，最后即可得到每個(gè)T/R組件的復(fù)信號(hào)。具體地講，原則上任何正交碼組都可用做本發(fā)明方法的編碼。建議采用Hadamard 碼組進(jìn)行編碼，因?yàn)樵摼幋a相對(duì)于其它編碼而言具有更好的正交性。Hadamard碼序是由1 和-1組成的正交編碼序列。為了在不加入任何額外硬件的條件下提供這種編碼，在本發(fā)明方法的一個(gè)方面， 使用T/R組件移相器中產(chǎn)生180°相移的那一位作為編碼器，通過對(duì)該位的通斷來實(shí)現(xiàn)編碼。若編碼為1，即在正常相移的基礎(chǔ)上沒有額外相移，則該位設(shè)定為產(chǎn)生T/R組件正常工作所需相移的那種狀態(tài)；若編碼為-1，即T/R組件的相移應(yīng)在正常狀態(tài)的基礎(chǔ)上加入180° 的額外相移，則該位設(shè)定為產(chǎn)生T/R組件正常工作所需相移的那種狀態(tài)的相反狀態(tài)。首先對(duì)下文將要用到的符號(hào)進(jìn)行說明N代表相控陣天線中T/R組件的個(gè)數(shù)；T代表依據(jù)T/R組件個(gè)數(shù)而選用的編碼矩陣；Hn 代表 N 階 Hadamard 矩陣；sn(t)代表第η個(gè)T/R組件的復(fù)信號(hào)(包括幅度和相位)，所有T/R組件的復(fù)信號(hào)組成向量S;t表示時(shí)間；t 代表編碼矩陣T的第m行第η列元素；yk(t)代表第k次編碼后得到的所有T/R組件復(fù)信號(hào)之和，各次編碼得到的復(fù)信號(hào)之和組成向量Y。具體步驟如下。首先跟據(jù)T/R組件的個(gè)數(shù)N選擇編碼所用的Hadamard矩陣。 Hadamard矩陣維數(shù)要大于T/R組件的個(gè)數(shù)N，此外，還需要考慮兩個(gè)因素(I)Hadamard矩陣的第一行或第一列不能用于編碼，因?yàn)橛盟鼈冞M(jìn)行編碼會(huì)在某些情況下導(dǎo)致很大的定標(biāo)誤差(將在后面證明)；(2) Hadamard矩陣的維數(shù)是2的整數(shù)次冪(這是Hadamard矩陣的固有性質(zhì))。然后確定編碼矩陣。兩個(gè)維度上編碼所用到的編碼矩陣T是Hadamard矩陣的子矩陣，通常應(yīng)該是從一個(gè)Hadamard矩陣的第二行第二列起的子矩陣。本發(fā)明所需編碼的次數(shù)與T/R組件的個(gè)數(shù)相同，這樣才能保證在解碼后得到每個(gè)T/R組件的信號(hào)，即編碼矩陣T 的維數(shù)等于T/R組件的個(gè)數(shù)N。兩個(gè)維度的編碼過程如下首先，對(duì)各個(gè)T/R組件的信號(hào)Sn(t)，η = 1，2，. . . N進(jìn)行編碼，即空間維度上的編碼過程，所有T/R組件的碼字tn，t12，. . . t1N構(gòu)成編碼矩陣T的第一行。根據(jù)相控陣天線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，這些編碼后的T/R組件信號(hào)經(jīng)過功合器后，成為一個(gè)復(fù)合信號(hào)Y1 (t) = tn · S1 (t) +t12 · S2 (t) +. · · +t1N · sN (t) (1)將該信號(hào)記錄。然后，在時(shí)間維度上，對(duì)每個(gè)T/R組件進(jìn)行多次編碼。對(duì)于某一個(gè) T/R組件而言，它在各次編碼過程中用到的碼序是編碼矩陣T的一列。編碼的次數(shù)與T/R組件的個(gè)數(shù)相同。每一次編碼都會(huì)由功合器得到一個(gè)復(fù)合信號(hào)ym (t) = tml · S1 (t) +tm2 · S2 (t) +. · · +tmN · sN (t) (2)其中m = 1，2，. . . N，這些復(fù)合信號(hào)yi (t)，y2 (t)，. . .，yN(t)組成一個(gè)復(fù)合信號(hào)序列Y。整個(gè)編碼過程用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示如下
權(quán)利要求
1.一種相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其特征在于保持所有T/R組件都正常工作， 在T/R組件定標(biāo)過程中，以各T/R組件的數(shù)字移相器自身作為編碼器，對(duì)經(jīng)過各T/R組件的復(fù)信號(hào)進(jìn)行空間和時(shí)間兩個(gè)維度上的相位編碼，對(duì)編碼后得到的復(fù)合信號(hào)序列進(jìn)行解碼， 最后即得到每個(gè)T/R組件的復(fù)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其特征在于包括下列操作(1)同時(shí)對(duì)經(jīng)過各個(gè)T/R組件的信號(hào)按照各自碼序的第一個(gè)碼字進(jìn)行相位編碼；(2)以相同比例抽取各T/R組件的信號(hào)，得到它們的復(fù)合信號(hào)；(3)更改各T/R組件的編碼為各自碼序中下一個(gè)碼字，進(jìn)行相位編碼；(4)重復(fù)進(jìn)行(2)(3)兩步操作，得到多個(gè)復(fù)合信號(hào)；(5)對(duì)得到的多個(gè)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行解碼，從而計(jì)算出每個(gè)T/R組件未經(jīng)編碼的信號(hào)，即單個(gè)T/R組件的信號(hào)估值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其特征在于所述步驟(1) 中的相位編碼，是通過T/R組件移相器實(shí)現(xiàn)，即使用移相器中產(chǎn)生180°相移的那一位作為編碼器，接通產(chǎn)生180°相移，代表編碼為-1 ；斷開產(chǎn)生0°相移，代表編碼為1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其特征在于所述編碼操作，是(1)對(duì)于不同的T/R組件，它們同時(shí)編碼，它們的碼字所組成的碼序是編碼矩陣的一行或一列；(2)對(duì)于同一T/R組件，它在不同時(shí)刻的編碼所組成的碼序是編碼矩陣的一列或一行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其特征在于所述編碼矩陣(1)編碼矩陣是Hadamard矩陣的子矩陣，且編碼矩陣階數(shù)等于T/R組件個(gè)數(shù)；(2)編碼矩陣是從Hadamard矩陣的第二行、第二列開始的方陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相控陣天線T/R組件內(nèi)定標(biāo)方法，其特征在于所述步驟(5) 中解碼操作，是(1)解碼矩陣是編碼矩陣的逆矩陣；(2)解碼操作是矩陣乘法運(yùn)算，即用解碼矩陣去乘以多次編碼得到的復(fù)合信號(hào)所組成的列向量，其結(jié)果仍為一個(gè)列向量；(3)解碼操作后得到的列向量的第一個(gè)元素對(duì)應(yīng)第一個(gè)T/R組件的信號(hào)估值，第二個(gè)元素對(duì)應(yīng)第二個(gè)T/R組件的信號(hào)估值，以此類推。
全文摘要
本發(fā)明公開了了一種相控陣天線T/R組件的內(nèi)定標(biāo)方法，涉及雷達(dá)相控陣天線技術(shù)，對(duì)T/R組件信號(hào)按照選定碼序進(jìn)行相位編碼解碼等操作。本發(fā)明方法能在所有T/R組件都正常工作的情況下，從所有T/R組件的復(fù)合信號(hào)中提取出任一T/R組件的增益和相移信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)T/R組件性能的監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01R29/10GK102313847SQ20101022257
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者王朔, 祁海明, 禹衛(wèi)東 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所