本發(fā)明涉及天線測試，具體是涉及一種基于光程差校正的陣列天線相位一致性測量方法。
背景技術(shù)：
：單元天線相位的一致性是衡量測向干涉儀等陣列天線的主要技術(shù)指標(biāo)[1]。干涉儀測向的原理是利用天線單元接收到的相位差值來計算來波方向[2]，所以單元天線相位的一致性對測向干涉儀的測向精度有至關(guān)重要的作用。為了確保在不同方向上各個單元天線的相位一致性，通常需要對單元天線的相位方向圖進(jìn)行測量。天線相位方向圖的測量與天線的相位中心息息相關(guān)[3]，目前用于檢測天線相位中心的方法比較少，只有用于簡單天線的分析法[4]、基于平面掃描的方法[5]等。傳統(tǒng)的相位方向圖的測量方法需要將天線相位中心精確地置于測量轉(zhuǎn)臺的中心[6]，對陣列天線而言，這種方法在測量每個單元時均需要挪動陣列的位置，以使得待測單元的相位中心盡可能位于轉(zhuǎn)臺中心上，這種操作不僅十分繁瑣，并且對遠(yuǎn)離陣列中心的單元而言，陣列重心遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)臺會造成天線架設(shè)的困難以及不在水平面出現(xiàn)的極化失配等問題，而且實際上單元天線的相位中心常常并不是精確可知的，單元天線的相位中心的不確定性會使得測量的相位方向圖含有較大的誤差。近年來關(guān)于陣列天線的相位一致性校正方法有如下發(fā)明：中國專利01112987.5公開了一種智能天線通道陣列校正方法及裝置[8]，通過比較一個參數(shù)已知的信號通過各個待校正通道前、后的幅度和相位特性,計算出待校正通道的幅度和相位特性,在此基礎(chǔ)上對待校正通道進(jìn)行幅度和相位補(bǔ)償,使得校正后的各個通道的幅度和相位特性一致。中國專利201210415102.0公開了一種外輻射源雷達(dá)陣列天線回波通道間幅相一致性的校正方法[9]，直接利用輻射源信號對回波接收陣列天線進(jìn)行校正，將回波天線對準(zhǔn)輻射源，設(shè)置基準(zhǔn)回波通道，將其余各回波通道信號與基準(zhǔn)回波通道信號進(jìn)行混頻，計算其余回波通道相對于基準(zhǔn)回波通道的校正系數(shù)，最后將各個回波通道信號乘以校正系數(shù)后合成回波信號。上述方法在操作中需要專門的校正網(wǎng)絡(luò)，操作復(fù)雜，而且由于校正網(wǎng)絡(luò)中功分網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備的誤差，會引入新的相位一致性誤差。參考文獻(xiàn)：[1]StephenE.Linpsky著，龔金楦，張德文，李振初等譯，微波無源測向[M],1993.[2]肖秀麗.干涉儀測向原理[J].中國無線電.2006(05)[3]SchmidR,RothacherM,ThallerD,etal.Absolutephasecentercorrectionsofsatelliteandreceiverantennas[J].GPSsolutions,2005,9(4):283-293.[4]WangYG,WangJ,ZhaoZQ,etal.Anovelmethodtocalculatethephasecenterofantennas[J].JournalofElectromagneticWavesandApplications,2008,22(2-3):239-250.[5]PadillaP,PousiP,TamminenA,etal.ExperimentaldeterminationofDRWantennaphasecenteratmm-wavelengthsusingaplanarscanner:Comparisonofdifferentmethods[J].AntennasandPropagation,IEEETransactionson,2011,59(8):2806-2812.[6]董樹義.微波測量[M].國防工業(yè)出版社,1985.[7]BeeckmanPA.Analysisofphaseerrorsinantenna-measurementsapplicationstophase-patterncorrectionsandphase-centredetermination[C]//IEEProceedingsH.Microwaves,AntennasandPropagation.1985,132:391-4.[8]郭俊峰等.智能天線通道陣列校正方法及裝置:中國,01112987.5[P].2003-01-01.[9]單濤等.一種外輻射源雷達(dá)陣列天線回波通道間幅相一致性的校正方法:中國,201210415102.0[P].2013-01-23.技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是解決測量單元天線方向圖一致性時因天線形狀帶來的測試?yán)щy，提供不需要為每個單元天線挪動陣列位置，可以直接測量多個單元天線的一種基于光程差校正的陣列天線相位一致性測量方法。本發(fā)明包括以下步驟：1)搭建天線測試系統(tǒng)，待測陣列天線需與發(fā)射天線處于同一水平面；2)測試各天線單元，得到各單元原始的相位方向圖測試數(shù)據(jù)；3)利用光程差校正公式對各單元原始的相位方向圖測試數(shù)據(jù)進(jìn)行光程差校正，得到初次校正的相位方向圖；4)利用光程差校正算法得到陣列天線相位總體一致性的均方根誤差最小時參數(shù)d0、Δ及θ0的值；5)計算各單元修正參數(shù)后的相位方向圖及各單元的相位均方根誤差。在步驟3)中，所述光程差校正公式為：φic(θ)=φi(θ)+2π(Lic(θ)-L0)/λ]]>其中：為測試天線到第i個單元的實際距離，為第i個單元在輔助線的投影點到測試天線的距離；φi(θ)：第i個單元的相位響應(yīng)測試數(shù)據(jù)；第i個單元光程差校正后的相位響應(yīng)；θ：陣列天線的旋轉(zhuǎn)角；λ：測試使用的電波波長；L0：發(fā)射天線和轉(zhuǎn)臺中心的距離；di：第i個單元(相位中心)的位置(從左至右的順序)；d0：轉(zhuǎn)臺中心到陣列的垂線與陣列相交的位置；Δ：轉(zhuǎn)臺中心到陣列所作垂線的距離。在步驟4)中，所述陣列天線相位總體一致性的均方根誤差為：RMSφ=Σi=1M||φic(θ)-φ‾ic(θ)||22MN]]>其中，表示各單元相位校正后的平均相位響應(yīng)，N表示方向圖測試數(shù)據(jù)的長度，M表示單元個數(shù)，||·||2表示2范數(shù)，i＝1,2，…，M。在步驟4)中，所述陣列天線相位總體一致性的均方根誤差最小準(zhǔn)則為：{d^0,Δ^,θ^0}=mind0,Δ,θ0Σi=1M||φic(θ)-φ‾ic(θ)||22MN]]>其中，θ＝θ0+θr，θ0為θ的起始值，θr為記錄的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角。在步驟5)中，所述各單元的相位均方根誤差由下式計算：RMSiφ=||φic(θ)-φ‾ic(θ)||2N.]]>本發(fā)明提出一種可以在不使用專門的校正網(wǎng)絡(luò)、不移動陣列天線的情況下直接測量多個單元天線的相位方向圖，且能通過光程差校正減小陣列天線相位一致性測量中出現(xiàn)的誤差的方法。本發(fā)明提出了一種在不需要為每個單元天線挪動陣列位置的情況下直接測量多個單元天線的相位方向圖的方法。本發(fā)明提出了天線相位中心不在轉(zhuǎn)臺中心時的光程差校正公式，給出了陣列天線相位一致性的最小均方誤差準(zhǔn)則，發(fā)展了一種新的光程差校正算法，這種算法利用了陣列單元分布的空間結(jié)構(gòu)信息，能夠使用所有陣列單元的相位響應(yīng)測量數(shù)據(jù)，對測量誤差具有較好的抑制作用。對直線陣列實測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果證明本發(fā)明提出的光程差校正算法具有很好的校正性能。附圖說明圖1為本發(fā)明的天線測量狀態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明的某非均勻間隔陣列原始的相位方向圖；圖3為本發(fā)明中某非均勻間隔陣列采用光程差校正后的相位方向圖；圖4為本發(fā)明的某均勻間隔陣列原始的相位方向圖；圖5為本發(fā)明中某均勻間隔陣列采用光程差校正后的相位方向圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明實施例包括以下步驟：1)根據(jù)圖1搭建天線測試系統(tǒng)，待測陣列天線需與發(fā)射天線處于同一水平面；2)測試各天線單元，得到各單元原始的相位方向圖測試數(shù)據(jù)；3)利用光程差校正公式對各單元原始的相位方向圖測試數(shù)據(jù)進(jìn)行光程差校正，得到初次校正的相位方向圖；第i個單元的光程差校正公式為：φic(θ)=φi(θ)+2π(Lic(θ)-L0)/λ---(1)]]>其中，為測試天線到第i個單元的實際距離，為第i個單元在輔助線的投影點到測試天線的距離；φi(θ)：第i個單元的相位響應(yīng)測試數(shù)據(jù)；第i個單元光程差校正后的相位響應(yīng)；θ：陣列天線的旋轉(zhuǎn)角；λ：測試使用的電波波長；L0：發(fā)射天線和轉(zhuǎn)臺中心的距離；di：第i個單元(相位中心)的位置(從左至右的順序)；d0：轉(zhuǎn)臺中心到陣列的垂線與陣列相交的位置；Δ：轉(zhuǎn)臺中心到陣列所作垂線的距離；4)利用光程差校正算法得到相位總體一致性的均方根誤差最小時參數(shù)d0、Δ及θ0的值；陣列天線相位總體一致性的均方根誤差由式(2)計算：RMSφ=Σi=1M||φic(θ)-φ‾ic(θ)||22MN---(3)]]>其中，表示各單元相位校正后的平均相位響應(yīng)，||·||2表示2范數(shù)，N表示方向圖測試數(shù)據(jù)的長度，M表示單元個數(shù)，i＝1,2，…，M；在進(jìn)行光程差校正時，需要精確測量的參數(shù)有d0、Δ及θ角的起始值θ0。其中θ＝θ0+θr，θr為記錄的轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角。在實際的測量試驗中，難以獲得這些參數(shù)的精確測量值。本發(fā)明對上述參數(shù)的初測值進(jìn)行調(diào)整，以陣列天線相位總體一致性的均方根誤差最小為準(zhǔn)則估計參數(shù)d0、Δ及θ最佳值，即{d^0,Δ^,θ^0}=mind0,Δ,θ0Σi=1M||φic(θ)-φ‾ic(θ)||22MN---(4)]]>步驟5：計算各單元修正參數(shù)后的相位方向圖及相位均方根誤差。使用光程差校正公式(1)計算各單元參數(shù)修正后的相位方向圖，即為本發(fā)明經(jīng)過光程差校正算法最終所得的單元相位方向圖。第i個單元的相位均方根誤差由下式計算RMSiφ=||φic(θ)-φ‾ic(θ)||2N---(5)]]>以下給出具體實施例：步驟1：搭建天線測試系統(tǒng)，本發(fā)明的天線測量狀態(tài)示意圖如圖1所示，其中待測陣列天線與發(fā)射天線處于同一水平面。待測陣列有四個相同的天線單元，間隔分別為0.426m，0.142m，0.217m，發(fā)射天線到測試轉(zhuǎn)臺中心的距離為9m，測試信號頻率為1.6GHz。步驟2：測試各天線單元，得到各單元的原始相位方向圖測試數(shù)據(jù)。四個天線單元的相位方向圖測試數(shù)據(jù)如圖2所示。各單元的相位方向圖測試數(shù)據(jù)表現(xiàn)出了不一致的結(jié)果。步驟3：利用光程差校正公式對各單元原始的相位方向圖測試數(shù)據(jù)進(jìn)行光程差校正，得到初次校正的相位方向圖；步驟4：利用光程差校正算法得到相位總體一致性的均方根誤差最小時參數(shù)d0、Δ及θ0的值；步驟5：計算各單元修正參數(shù)后的相位方向圖及相位均方根誤差。用光程差校正算法對四個單元的相位方向圖處理后的相位方向圖如圖3所示，各單元校正后的相位方向圖數(shù)據(jù)在±49°范圍內(nèi)的均方根統(tǒng)計偏差結(jié)果由表1給出。表1天線天線1天線2天線3天線4非均勻線陣5.9°15.6°8.6°18.7°均勻線陣5.8°5.9°4.7°2.4°以相同的方法處理某均勻間隔線陣，該線陣有四個相同的天線單元，間隔為0.07m，發(fā)射天線到測試轉(zhuǎn)臺中心的距離為8.8m，測試信號頻率為1.6GHz。測試所得原始相位響應(yīng)方向圖如圖4所示，其光程差校正后的相位方向圖如圖5所示，各單元校正后的相位方向圖數(shù)據(jù)在±49°范圍內(nèi)的均方根統(tǒng)計偏差結(jié)果由表1給出。進(jìn)一步對本發(fā)明中各單元校正后的相位方向圖和原始的相位方向圖測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可見校正后的各單元相位方向圖具有很好的一致性，各單元校正后的相位均方根誤差也證明了本發(fā)明所提出方法能夠有效較小各單元測試過程中隨機(jī)噪聲的影響。當(dāng)前第1頁1 2 3