本技術(shù)的實施例涉及信號校準(zhǔn)，特別涉及一種基于近場天線偏移誤差估計的近場校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

1、相控陣天線通過控制各通道的移相相位來實時調(diào)整陣列天線的針狀波束指向及輻射方向圖形狀，其形成的波束具有指向精度高、掃描速度快以及波束形狀可調(diào)整等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于雷達及通信技術(shù)領(lǐng)域。然而，由于器件特性以及制造、裝配誤差等因素，技術(shù)人員無法完全通過線路設(shè)計來保證各個天線通道具備完全一致或已知的幅相特性，因此在雷達聯(lián)調(diào)測試過程中，需要對天線陣面進行幅相校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)的精度會較大程度的影響雷達的輻射特性。

2、遠(yuǎn)場校準(zhǔn)方法滿足天線遠(yuǎn)場條件，能夠較為精確的測量各個天線通道的幅相初值，并且誤差容忍度較高。然而受限于遠(yuǎn)場條件以及場地約束，當(dāng)使用環(huán)境變化較大時，無法通過遠(yuǎn)場校準(zhǔn)方法時刻采集天線陣面的變化情況。因此在日常使用時，可時刻通過近場校準(zhǔn)方法對校準(zhǔn)系數(shù)進行修正。近場校準(zhǔn)方法在天線陣面前端固定點放置校準(zhǔn)天線，該天線用于接收天線陣面各通道的發(fā)射校準(zhǔn)信號或者向天線陣面輻射校準(zhǔn)信號，實現(xiàn)天線陣面各通道的收發(fā)校準(zhǔn)。近場校準(zhǔn)方法無需滿足遠(yuǎn)場條件，僅需測量近場校準(zhǔn)天線相對于待測天線陣面的相對位置，因此更為方便快捷。

3、近場校準(zhǔn)天線距離天線陣面較近，位置的偏移誤差對各天線通道的相位影響較大，因此在實際使用中，對近場校準(zhǔn)天線的位置精度要求較高，特別是對高頻段天線而言，近場校準(zhǔn)天線的距離精度要求更為苛刻，難以保證，這將導(dǎo)致近場校準(zhǔn)系數(shù)誤差較大，嚴(yán)重影響了雷達測量精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)的實施例提出了一種基于近場天線偏移誤差估計的近場校準(zhǔn)方法，通過測量近場校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相位信息，實時估計出近場校準(zhǔn)天線的偏移量，并基于偏移量對所有天線通道進行相位補償，避免高頻段雷達在近場校準(zhǔn)過程中受因近場校準(zhǔn)天線的偏移帶來的測量誤差，提升校準(zhǔn)補償精度。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)的實施例提出了一種基于近場天線偏移誤差估計的近場校準(zhǔn)方法，所述方法包括：利用近場測試天線對目標(biāo)相控陣天線進行近場校準(zhǔn)，獲得當(dāng)前狀態(tài)下目標(biāo)相控陣天線的各通道的相位值，并將各通道的相位值與預(yù)先獲得的近場基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比較，得到各通道的原始校準(zhǔn)值；其中，目標(biāo)相控陣天線為m行n列，共m×n個通道；將各通道的原始校準(zhǔn)值按行劃分為m段，分別對各段進行相位解纏繞操作，得到m個相位向量，并分別對各相位向量進行線性擬合，估計出各行對應(yīng)的斜率值；基于各行對應(yīng)的斜率值，在預(yù)構(gòu)建的偏移量誤差斜率對應(yīng)表中進行匹配，為各行匹配出最接近的誤差斜率，返回對應(yīng)的偏移量，并根據(jù)各偏移量計算得到估計偏移量；分別計算各通道由于估計偏移量而帶來的相位差，并基于計算得到的相位差對原始校準(zhǔn)值進行補償，得到補償后的校準(zhǔn)值；基于補償后的校準(zhǔn)值進行校準(zhǔn)系數(shù)的修正。

3、為了實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)的實施例還提出了一種基于近場天線偏移誤差估計的近場校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：近場測試天線、建表模塊、原始校準(zhǔn)模塊、解纏繞與線性擬合模塊、查表匹配模塊、補償模塊和校準(zhǔn)系數(shù)修正模塊；建表模塊，用于構(gòu)建偏移量誤差斜率對應(yīng)表；原始校準(zhǔn)模塊，用于利用近場測試天線對目標(biāo)相控陣天線進行近場校準(zhǔn)，獲得當(dāng)前狀態(tài)下目標(biāo)相控陣天線的各通道的相位值，并將各通道的相位值與預(yù)先獲得的近場基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比較，得到各通道的原始校準(zhǔn)值，其中，目標(biāo)相控陣天線為m行n列，共m×n個通道；解纏繞與線性擬合模塊，用于將各通道的原始校準(zhǔn)值按行劃分為m段，分別對各段進行相位解纏繞操作，得到m個相位向量，并分別對各相位向量進行線性擬合，估計出各行對應(yīng)的斜率值；查表匹配模塊，用于基于各行對應(yīng)的斜率值，在預(yù)構(gòu)建的偏移量誤差斜率對應(yīng)表中進行匹配，為各行匹配出最接近的誤差斜率，返回對應(yīng)的偏移量，并根據(jù)各偏移量計算得到估計偏移量；補償模塊，用于分別計算各通道由于估計偏移量而帶來的相位差，并基于計算得到的相位差對原始校準(zhǔn)值進行補償，得到補償后的校準(zhǔn)值；校準(zhǔn)系數(shù)修正模塊，用于基于補償后的校準(zhǔn)值進行校準(zhǔn)系數(shù)的修正。

4、為了實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)的實施例還提出了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被至少一個處理器執(zhí)行，以使至少一個處理器能夠執(zhí)行如上述所述的一種基于近場天線偏移誤差估計的近場校準(zhǔn)方法。

5、為了實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)的實施例還提出了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，能夠?qū)崿F(xiàn)如上述所述的一種基于近場天線偏移誤差估計的近場校準(zhǔn)方法。

6、本技術(shù)的實施例提出的一種基于近場天線偏移誤差估計的近場校準(zhǔn)方法，在原有的近場校準(zhǔn)流程的基礎(chǔ)上，增加了偏移量估計以及偏移相位補償過程。近場校準(zhǔn)天線沿俯仰維移動的偏移量較小，可以忽略不計，但方位維的偏移量較大，當(dāng)近場校準(zhǔn)天線出現(xiàn)方位維偏移時，近場校準(zhǔn)天線的各通道的原始校準(zhǔn)值的相位會出現(xiàn)一定的特征，這樣的特征被反映到斜率上。因此通過將各通道的原始校準(zhǔn)值按行劃分為m段，分別對各段進行相位解纏繞操作，得到m個相位向量，并分別對各相位向量進行線性擬合，即可估計出各行對應(yīng)的斜率值，再基于各行對應(yīng)的斜率值，在預(yù)構(gòu)建的偏移量誤差斜率對應(yīng)表中進行匹配，為各行匹配出最接近的誤差斜率，返回對應(yīng)的偏移量，即可計算得到估計偏移量。最后分別計算各通道由于估計偏移量而帶來的相位差，并基于計算得到的相位差對原始校準(zhǔn)值進行補償，得到補償后的校準(zhǔn)值，基于補償后的校準(zhǔn)值進行校準(zhǔn)系數(shù)的修正。避免了高頻段雷達在近場校準(zhǔn)過程中受因近場校準(zhǔn)天線的偏移帶來的測量誤差，提升了校準(zhǔn)補償精度。

7、可選地，目標(biāo)相控陣天線為4行n列，共4n個通道，將各通道的原始校準(zhǔn)值按行劃分為m段，分別對各段進行相位解纏繞操作，得到m個相位向量，并分別對各相位向量進行線性擬合，估計出各行對應(yīng)的斜率值，包括：將各通道的原始校準(zhǔn)值按行劃分為四段{[1:n],[n+1:2n],[2n+1:3n],[3n+1:4n]}，分別記為l1、l2、l3和l4；分別對各段數(shù)據(jù)進行相位解纏繞操作，得到各行對應(yīng)的相位向量，分別記為φ1、φ2、φ3和φ4，其中，相位解纏繞操作具體為，展開lm中的弧度相位角，m＝1,2,3,4，每當(dāng)連續(xù)的弧度相位角之間的跳躍大于或等于π時，會通過增加±2π的整數(shù)倍來平移相位角，直到連續(xù)的弧度相位角之間的跳躍小于π；分別對各行對應(yīng)的相位向量進行線性擬合，估計出各行對應(yīng)的斜率值，分別記為k1、k2、k3和k4。

8、可選地，偏移量誤差斜率對應(yīng)表通過以下步驟構(gòu)建得到：根據(jù)目標(biāo)相控陣天線的各通道幾何位置，以及近場測試天線的相對位置坐標(biāo)，建立近場測試幾何模型；模擬近場測試天線在方向維上的不同程度的偏移，基于近場測試幾何模型，建立偏移量誤差斜率對應(yīng)表tm{[dmn,kmn]}，m＝1,2,3,4，n＝1,2,…,n；其中，tm表示第m行的偏移量誤差斜率對應(yīng)表，dmn表示第m行的第n個偏移量，kmn為與dmn對應(yīng)的誤差斜率。

9、可選地，在分別對各相位向量進行線性擬合，估計出各行對應(yīng)的斜率值之后，在基于各行對應(yīng)的斜率值，在預(yù)構(gòu)建的偏移量誤差斜率對應(yīng)表中進行匹配之前，還包括：計算各行對應(yīng)的斜率值的斜率均值并計算各行對應(yīng)的斜率值的斜率方差s2，判斷斜率方差s2是否大于預(yù)設(shè)的方差門限若斜率方差s2大于方差門限則直接使用原始校準(zhǔn)值進行校準(zhǔn)系數(shù)的修正；若斜率方差s2小于或等于方差門限則基于各行對應(yīng)的斜率值，在預(yù)構(gòu)建的偏移量誤差斜率對應(yīng)表中進行匹配。斜率一致性判斷過程的設(shè)置有效節(jié)約了計算資源，在偏移很少的情況下不進行補償，兼顧了近場校準(zhǔn)的速度和精度。

10、可選地，基于各行對應(yīng)的斜率值，在預(yù)構(gòu)建的偏移量誤差斜率對應(yīng)表中進行匹配，為各行匹配出最接近的誤差斜率，返回對應(yīng)的偏移量，包括：

11、分別從偏移量誤差斜率對應(yīng)表t1、t2、t3、t4中，查表匹配出與k1、k2、k3、k4最接近的誤差斜率k1min、k2min、k3min、k4min，同時返回對應(yīng)的偏移量d1、d2、d3、d4；

12、查表匹配過程通過以下公式實現(xiàn)：

13、k1min＝mini{abs(k1-k1i)}；

14、k2min＝minj{abs(k2-k2j)}；

15、k3min＝minp{abs(k3-k3p)}；

16、k4min＝minq{abs(k4-k4q)}；

17、其中，abs(·)表示求取絕對值，k1i表示t1中的第i個誤差斜率，k2j表示t2中的第j個誤差斜率，k3p表示t3中的第p個誤差斜率，k4q表示t4中的第q個誤差斜率；

18、根據(jù)各偏移量計算得到估計偏移量，通過以下公式實現(xiàn)：

19、

20、其中，為計算得到的估計偏移量。

21、可選地，別計算各通道由于估計偏移量而帶來的相位差，包括：

22、以目標(biāo)相控陣天線的陣面中心為坐標(biāo)原點，x坐標(biāo)為垂直陣面平面方向，y坐標(biāo)為水平方向，z坐標(biāo)為俯仰方向，并假設(shè)近場校準(zhǔn)天線在陣面中心的正上方；

23、設(shè)近場校準(zhǔn)天線的初始位置坐標(biāo)為(x0,0,0)，第b個通道的位置坐標(biāo)為(xb,yb,zb)，通過以下公式，分別計算各通道由于估計偏移量而帶來的相位差：

24、

25、其中，b＝1,2,…,4n，λ為預(yù)設(shè)的調(diào)整參數(shù)，表示第b個通道由于估計偏移量而帶來的相位差；

26、基于計算得到的相位差對原始校準(zhǔn)值進行補償，得到補償后的校準(zhǔn)值，通過以下公式實現(xiàn)：

27、

28、其中，為第b個通道的原始校準(zhǔn)值，為第b個通道的補償后的校準(zhǔn)值。

29、可選地，近場基準(zhǔn)數(shù)據(jù)是在對目標(biāo)相控陣天線進行遠(yuǎn)場校準(zhǔn)時同步測量近場數(shù)據(jù)而得到的。