一种相控阵天线温度漂移修正方法及系统与流程

1.本发明涉及相控阵天线技术领域，具体涉及一种相控阵天线温度漂移修正方法及系统。


背景技术：

2.针对许多应用，相控阵天线提供了关于在发射器和接收器之间无线地传输的信息信号的接收和发射的许多优点。通过使用相控阵天线，相控阵天线的信息信号传输或信息信号接收的主导方向可以在宽的角度范围上变化，以便增加被发射到给定方向或从给定方向接收的信号强度。
3.近年来，随着相控阵天线技术的成熟，在通信各个领域应用广泛，相控阵天线的波束指向精准度对于目标的定位有着至关重要的作用，然而在实际应用中，相控阵天线存在温度漂移（温度漂移：相控阵天线工作时随着温度的升高，导致其指向角发生改变），如果不考虑温度对相控阵天线指向的影响，那么其测角精度（指向精准度）将会大大降低。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：现有技术一般情况都忽略了相控阵天线存在的温度漂移， 随着温度的升高导致其指向角发生改变，导致其测角精度大大降低，本发明目的在于提供一种相控阵天线温度漂移修正方法及系统，对相控阵天线存在的温度漂移进行监测成具体的方位失调角和俯仰失调角，通过方位失调角和俯仰失调角对相控阵天线的方位角和俯仰角进行及时校正，解决了上述技术问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：本方案提供一种相控阵天线温度漂移修正方法，所述方法包括：步骤一：相控阵天线收到波束指令后配置波束指向的方位角和俯仰角；步骤二：采集第一温度范围内相控阵天线的基础方位角和基础俯仰角；步骤三：当温度超出第一温度范围后，以相同温度差为采样间隔采集相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角；步骤四：基于方位失调角与基础方位角之差补偿输出方位角，基于俯仰失调角与基础俯仰角之差补偿输出俯仰角；以补偿后的输出方位角和输出俯仰角配置波束指向的方位角和俯仰角。
6.本方案工作原理：现有技术一般情况都忽略了相控阵天线存在的温度漂移， 随着温度的升高导致其指向角发生改变，导致其测角精度大大降低，本发明目的在于提供一种相控阵天线温度漂移修正方法及系统，对相控阵天线存在的温度漂移进行监测成具体的方位失调角和俯仰失调角，通过方位失调角和俯仰失调角对相控阵天线的方位角和俯仰角进行及时校正，根据不同温度下的方位失调角和俯仰失调角，即可得到相控阵天线温度漂移得补偿量；将温度漂移补偿量写入相控阵天线内，使得相控阵天线在不同温度下进行自动补偿，从而保证指向精准度不会随着温度的改变而发生变化。
7.进一步优化方案为，相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角方法包括：s1，将中频信号和本振信号经过混频产生射频信号，将放大后的射频信号辐射到相控阵天线；s2，相控阵天线对射频信号处理得到和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号；s3，获取和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号的幅值，并基于幅值计算出和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号的电平值；s4，根据和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号的电平值转换出方位失调角和俯仰失调角。
8.本方案从相控阵天线的原理角度进行分析，随着相控阵天线工作时间的推移，温度会逐步升高，直到趋于稳定（温度范围：20℃~90℃）。相控阵天线在温度变化的过程中，“和”、“方位差”、“俯仰差”三路射频信号的幅度值会发生改变，即传输至发明设备的三路射频信号也随之改变，从而导致方位失调角和俯仰失调角的改变；因此根据和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号的电平值转换出方位失调角和俯仰失调角，保障校正量的准确性。
9.进一步优化方案为，s3包括以下子步骤：获取和射频信号幅值a1、方位差射频信号幅值b1和俯仰差射频信号幅值c1；根据式计算和射频信号电平值a2；根据式计算方位差射频信号电平值b2；根据式计算俯仰差射频信号电平值c2。
10.进一步优化方案为，方位失调角和俯仰失调角根据下式转化：本方案还提供一种相控阵天线温度漂移修正系统，用于实现上述方案所述的方法，包括：温度漂移修正设备、pc控制机、电源和相控阵天线；所述电源用于分别向温度漂移修正设备和相控阵天线供电；所述pc控制机用于发出波束指令，波束指令经温度漂移修正设备发送至相控阵天线；所述温度漂移修正设备还用于在第一温度范围内采集相控阵天线的基础方位角和基础俯仰角；所述温度漂移修正设备还用于在温度超出第一温度范围后，以相同温度差为采样间隔采集相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角；所述温度漂移修正设备还用于基于方位失调角与基础方位角之差补偿输出方位角，基于俯仰失调角与基础俯仰角之差补偿输出俯仰角并发送至相控阵天线。
11.本方案工作原理：在实际应用中，相控阵天线存在温度漂移（温度漂移：相控阵天线工作时随着温度的升高，导致其指向角发生改变），如果不考虑温度对相控阵天线指向的影响，那么其测角精度（指向精准度）将会大大降低。本方案提供的相控阵天线温度漂移修
正系统一方面提供温度漂移修正设备及时监测出相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角，并基于方位失调角与基础方位角之差补偿输出方位角，基于俯仰失调角与基础俯仰角之差补偿输出俯仰角，使得相控阵天线的方位角和俯仰角更准确，相控阵天线的指向精准度不会随着温度的改变而发生变化；另一方面本方案还将相控阵天线的射频信号源设置在温度漂移修正设备中，一方面为相控阵天线提供射频信号，同时为温度漂移修正设备提供频率搬移功能以采集相控阵天线的射频信号，使得整个系统的运行设备减少，一般情况下相控阵天线的工作需要单独配备一个射频信号源，本方案以温度漂移修正设备为射频信号源，减少系统运行设备，减少温度漂移现象。
12.进一步优化方案为，所述温度漂移修正设备还用于产生射频信号并向相控阵天线发出，相控阵天线接收到温度漂移修正设备的射频信号后处理成和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号；所述温度漂移修正设备还用于采集相控阵天线生成的和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号。
13.进一步优化方案为，所述温度漂移修正设备自带有中频信号和本振信号； 温度漂移修正设备基于自带的中频信号和本振信号经过混频器后产生射频信号，射频信号再经放大后辐射到相控阵天线； 温度漂移修正设备用于基于自带的本振信号以采集相控阵天线的和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号。
14.进一步优化方案为，所述温度漂移修正设备与pc控制机通过局域网进行数据通信，数据通信内容包含pc控制机发出的波束指令以及相控阵开关电等相关指令。
15.进一步优化方案为，还包括测试转台和喇叭；温度漂移修正设备与相控阵天线连接后装设在测试转台上，温度漂移修正设备与喇叭连接，喇叭将射频信号放大后辐射到相控阵天线。
16.进一步优化方案为，所述温度漂移修正设备包括：信号采集及处理芯片、本振信号源、中频信号源、上变频器和下变频器；所述中频信号源连接上变频器后用于输出射频信号；所述本振信号源同时连接至上变频器和三个下变频器；所述信号采集及处理芯片连接三个下变频器，三个下变频器分别用于将和射频信号与本振信号进行混频、将方位差射频信号与本振信号进行混频，以及将俯仰差射频信号与本振信号进行混频；所述上变频器用于将中频信号与本振信号进行混频。
17.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明提供的一种相控阵天线温度漂移修正方法，对相控阵天线存在的温度漂移进行监测成具体的方位失调角和俯仰失调角，通过方位失调角和俯仰失调角对相控阵天线的方位角和俯仰角进行及时校正，根据不同温度下的方位失调角和俯仰失调角，即可得到相控阵天线温度漂移得补偿量；将温度漂移补偿量写入相控阵天线内，使得相控阵天线在不同温度下进行自动补偿，从而保证指向精准度不会随着温度的改变而发生变化。
18.本发明提供的一种相控阵天线温度漂移修正系统，一方面提供温度漂移修正设备及时监测出相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角，并基于方位失调角与基础方位角之差补偿输出方位角，基于俯仰失调角与基础俯仰角之差补偿输出俯仰角，使得相控阵天线的方位角和俯仰角更准确，相控阵天线的指向精准度不会随着温度的改变而发生变化；另一
方面本方案还将相控阵天线的射频信号源设置在温度漂移修正设备中，一方面为相控阵天线提供射频信号，同时为温度漂移修正设备提供频率搬移功能以采集相控阵天线的射频信号，使得整个系统的运行设备减少，一般情况下相控阵天线的工作需要单独配备一个射频信号源，本方案以温度漂移修正设备为射频信号源，减少系统运行设备，减少温度漂移现象。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，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。在附图中：图1为实施例1的相控阵天线温度漂移修正方法流程示意图；图2为实施例2的相控阵天线温度漂移修正系统示意图；图3为温度漂移修正设备原理示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
21.实施例1本实施例提供一种相控阵天线温度漂移修正方法，所述方法包括：步骤一：相控阵天线收到波束指令后配置波束指向的方位角和俯仰角；步骤二：采集第一温度范围内相控阵天线的基础方位角和基础俯仰角；对于第一温度范围表示相控阵天线处于刚开始工作状态的芯片温度，此时芯片温度接近于常温，不会对相控阵天线的方位角和俯仰角产生温度漂移。
22.步骤三：当温度超出第一温度范围后，以相同温度差为采样间隔采集相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角；随着相控阵天线持续工作，加上其他设备的工作，必将导致相控阵天线周围的温度持续上升，直至温度稳定在一个范围，在温度持续升高期间相控阵天线的方位角和俯仰角会随着温度变化而变化，因此需要采集该段时间内相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角来校正方位角和俯仰角产生的温度漂移；以相同温度差作为采样间隔，在温度变化不明显时，温度差就无法达标，就无法触发采集动作，保障数据可靠性，及时校正相控阵天线的方位角和俯仰角。
23.步骤四：基于方位失调角与基础方位角之差补偿输出方位角，基于俯仰失调角与基础俯仰角之差补偿输出俯仰角；以补偿后的输出方位角和输出俯仰角配置波束指向的方位角和俯仰角。
24.相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角的获取方法包括：s1，将中频信号和本振信号经过混频产生射频信号，将放大后的射频信号辐射到相控阵天线；
s2，相控阵天线对射频信号处理得到和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号；s3，获取和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号的幅值，并基于幅值计算出和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号的电平值；s3包括以下子步骤：获取和射频信号幅值a1、方位差射频信号幅值b1和俯仰差射频信号幅值c1；根据式计算和射频信号电平值a2；根据式计算方位差射频信号电平值b2；根据式计算俯仰差射频信号电平值c2。
25.方位失调角和俯仰失调角根据下式转化：s4，根据和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号的电平值转换出方位失调角和俯仰失调角。
26.实施例2本实施例提供一种相控阵天线温度漂移修正系统，用于实现上一实施例所述的方法，包括：温度漂移修正设备、pc控制机、电源和相控阵天线；所述电源用于分别向温度漂移修正设备和相控阵天线供电；所述pc控制机用于发出波束指令，波束指令经温度漂移修正设备发送至相控阵天线；所述温度漂移修正设备还用于在第一温度范围内采集相控阵天线的基础方位角和基础俯仰角；所述温度漂移修正设备还用于在温度超出第一温度范围后，以相同温度差为采样间隔采集相控阵天线的方位失调角和俯仰失调角；所述温度漂移修正设备还用于基于方位失调角与基础方位角之差补偿输出方位角，基于俯仰失调角与基础俯仰角之差补偿输出俯仰角并发送至相控阵天线。
27.述温度漂移修正设备还用于产生射频信号并向相控阵天线发出，相控阵天线接收到温度漂移修正设备的射频信号后处理成和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号；所述温度漂移修正设备还用于采集相控阵天线生成的和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信。
28.所述温度漂移修正设备自带有中频信号和本振信号； 温度漂移修正设备基于自带的中频信号和本振信号经过混频器后产生射频信号，射频信号再经放大后辐射到相控阵天线； 温度漂移修正设备用于基于自带的本振信号以采集相控阵天线的和射频信号、方位差射频信号和俯仰差射频信号。
29.所述温度漂移修正设备与pc控制机通过局域网进行数据通信，数据通信内容包含pc控制机发出的波束指令以及相控阵开关电等相关指令。
30.还包括测试转台和喇叭；
温度漂移修正设备与相控阵天线连接后装设在测试转台上，温度漂移修正设备与喇叭连接，喇叭将射频信号放大后辐射到相控阵天线。
31.所述温度漂移修正设备包括：信号采集及处理芯片、本振信号源、中频信号源、上变频器和下变频器；所述中频信号源连接上变频器后用于输出射频信号；所述本振信号源同时连接至上变频器和三个下变频器；所述信号采集及处理芯片连接三个下变频器，三个下变频器分别用于将和射频信号与本振信号进行混频、将方位差射频信号与本振信号进行混频，以及将俯仰差射频信号与本振信号进行混频；所述上变频器用于将中频信号与本振信号进行混频。
32.实施例3本实施例基于上述实施例进行示例，首先打开电源，使相控阵天线、温度漂移修正设备处于工作状态，pc控制机下发一个波束指令（-20,0）（则方位角-20
°
，俯仰角0
°
）到温度漂移修正设备，通过温度漂移修正设备透传至相控阵天线，从而间接控制相控阵天线。
33.相控阵天线将处于刚工作状态的芯片温度回传至温度漂移修正设备，记录此时的温度（t0）以及方位失调角（a0）作为基础方位角与俯仰失调角（b0）作为基础俯仰角。相控阵天线芯片温度具备实时回传的特点，所以芯片温度每升高1℃记录一次温度以及方位失调角与俯仰失调角数据，持续到芯片温度稳定不在升高，最终得到一组有关温度变化的方位失调角和俯仰失调角。如下表：假如相控阵天线需要修正的范围为方位角-20
°
~﹢20
°
、俯仰角-20
°
~﹢20
°
，则方位角和俯仰角以1
°
的步进进行波束指向的切换。如方位角-20
°
，俯仰角-20
°
~﹢20
°
；方位角-19
°
，俯仰角-20
°
~﹢20
°
；直到方位角20
°
，俯仰角-20
°
~﹢20
°
结束。重复上述操作，可以得到所有波束的方位失调角和俯仰失调角的补偿数据。波束更换时间一般几百微秒，所以相控阵天线芯片温度每升高1℃的时间方位角和俯仰角就可以从-20
°
~ 20
°
循环一次，从而完成所有波束指向的方位角和俯仰角的补偿。
34.将上述所有方位角与俯仰角的补偿数据写入相控阵天线中，使得相控阵天线在不同温度下进行自动补偿，从而保证指向精准度不会随着温度的改变而发生变化，从而完成相控阵天线温度漂移修正。通过本发明的温度漂移修正设备来标定相控阵天线的温度漂移；将标定的温度漂移数据进行补偿使得相控阵天线的指向精准度不会随着温度的改变而发生变化。
35.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。