专利名称：一种多阵元单通道干涉测角装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多阵元单通道干涉测角装置。
背景技术：
探月工程三期的主要任务是月球探测器从月球获取月壤返回地球。其中探测器中上升器从月球重返月球轨道后与轨道器实现交会对接。月球轨道交会对接微波雷达是实现对接中、远距离下相对测量、通信的重要设备。月球轨道交会对接微波雷达通过在轨道器和上升器之间建立双向链路，测量上升器和轨道器之间的距离、上升器相对于轨道器的方位角和俯仰角。上升器相对于轨道器的距离、方位角、俯仰角等空间位置信息是实施空间交会对接的基础。已有的干涉测角装置通过多阵元多通道进行二维的干涉测角，需要较多的硬件资·源，而且通道相位误差会增大测量误差。
发明内容
本发明的技术解决问题是针对现有技术的不足，提供了一种多阵元单通道干涉测角装置，实现了对天线阵列的单通道接收和二维测角。本发明的技术解决方案是本发明所述测角装置采用一个测角接收通道对天线阵列输出的射频信号进行接收，利用处理器对各路射频信号产生的中频信号进行解算获得天线阵列的方位角和俯仰角，本发明所述设备包括天线阵列，所述天线阵列包括多个分别组成方位基线和俯仰基线的接收天线，还包括测角接收通道和处理单元，所述测角接收通道将由所述天线阵列中各接收天线输出的射频信号转换为中频信号输出到处理单元；所述处理单元利用所述中频信号的采样信号确定所述天线阵列中各接收天线间对应于同一接收时刻的相位差，分别得到所述方位基线的方位角和所述俯仰基线的俯仰角并输出。进一步的，所述测角接收信道通过轮询方式对所述天线阵列中各接收天线输出的射频信号进行接收依次输出。进一步的，所述处理单元具有多路跟踪通道，每路跟踪通道跟踪一路输入的中频信号。进一步的，所述处理单元对相位差进行干涉测角解算获得方位角和俯仰角。本发明与现有技术相比具有如下优点本发明利用单个测角接收通道对天线阵列中组成方位基线和俯仰基线的接收天线输出的信号进行处理，降低了采用多个测角接收通道的硬件配置，且消除了由于测角接收通道间的幅相不一致性引入的误差，同时减少了由测角接收通道自身引入的测量误差，抑制了基准源的相噪产生的测量误差。在处理单元中对属于同一接收时刻的各接收天线的采样后中频信号进行跟踪和处理获得同一接收时刻的相位差，消除了单个测角接收通道对多个接收天线进行接收造成的不同时性，满足了干涉仪测角的同时性要求。
图I为本发明示意图；图2为天线阵示意图；图3为轮询采样示意图；图4为处理单元示意图。
具体实施例方式下面就结合附图对本发明实施例作进一步介绍。·如图I所示为本发明实施例示意图，包括天线阵列，多选一开关、波导、测角接收通道和处理单元。所述天线阵采用采用多个接收天线0，根据参差基线解模糊的需求，布局形成L型天线阵。L型阵由方位基线和俯仰基线组成，方位基线和俯仰基线均由多个天线组成，方位基线和俯仰基线相互正交，两条基线交与一点，交点处共用同一个接收天线。进一步如图2所示，在当前交会对接项目中采用5个接收天线组成的L阵方案，其中，俯仰基线包括第一测角天线、第一辅助测角天线和第二测角天线组成。方位基线包括第二测角天线、第二辅助测角天线和第三测角天线，第二测角天线为俯仰基线和方位基线所公用的接收天线。在俯仰基线中，记第一测角天线和第一辅助测角天线的距离为d2_elv，第一辅助测角天线和第二测角天线的距离为dl_elv，第一测角天线和第二测角天线的距离为d3_
elvo在方位基线中，记第二辅助测角天线为ant_yl,第三记测角天线为ant_y2。第二测角天线和第二辅助测角天线的距离为dl_azi，第二辅助测角天线和第三测角天线的距离为d2_elv，第二测角天线和第三测角天线的距离为d3_azi。在满足参差基线解模糊要求的情况下，各接收天线间的距离可以采用多种方案。本实施例采用如下的间距配置方案dl_azi = 76. 87mm ;d2_azi = 96. 09mm ;d3_azi = 172. 96mm ;dl_elv = 76. 87mm ;d2_elv = 96. 09mm ;d3_elv = 172. 96mm。所述天线阵中的多个天线接收的信号通过多选一开关接入到同一个测角接收通道，多选一开关在处理单元的控制下采用轮询方式分时选通各个天线接收的射频信号，并输出到测角接收通道。多选一开关对天线阵控制信号的时序如图3所示，每个天线的选通时间为tk，定义从某接收天线两次选通之间的间隔为轮询周期T，以上述5个接收天线为例，tk和T满足如下关系T = 5 * tk。单个支路的选通时间tk可配置，tk的设置需要综合考虑开关切换的拖尾和系统对动态的适应能力。记开关从切换到进入稳态的建立时间为tp (S)，系统能满足的视线角动态为/s)，系统的测角精度为0_theta(° )，那么每个天线的选通时间需要满足如下关系tk > 100 * tp ；
tk * co_max < o _theta ；在满足上面两个关系式的前提下，应当选取尽可能小的选通时间，以便提高系统的测量精度。根据系统需求，本方案设置tk = 40us。测角接收通道对输入的射频信号进行变频处理获得对应于不同接收天线的各路中频信号，并按输入中频信号的顺序依次输入到处理单元。如图4所示，处理单元包含多个跟踪通道，跟踪通道的数量与天线阵中天线的数量相对应。在跟踪通道中，首先对中频信号经过A/D采样，然后将该中频信号经过分时逻辑进行选通，分离出分时复用的各路信号，分别是第一测角天线对应的接收信号ant_z2 ;第一辅助测角天线对应的接收信号ant_zl ;第二测角天线对应的接收信号ant_00 ;第二辅助测角天线对应的接收信号ant_yl ;第三测角天线对应的接收信号ant_y2。得到分离出的各路信号后，对每个支路分别建立跟踪通道，根据分时选通的接收信号，经过积分清除、鉴相、环路滤波环节，使用锁相环闭环跟踪，在本地重建连续的信号。然后将本地复现的接收信号送入相位差提取模块，由相位提取模块提取出同一个采样时刻各路接收信号之间的相位·差，其中，记方位基线中，ant_00和ant_yl的相位差为dpha_yl, ant_yl和ant_y2的相位差为dpha_y2, ant_00和ant_y2的相位差为dpha_3。俯仰基线中，ant_00和ant_zl的相位差为 dpha_zI, ant_zI 和 ant_z2 的相位差为 dpha_z2, ant_00 和 ant_z2 的相位差为 dpha_z3。对方位基线的相位差dpha_yl、dpha_y2、dpha_y3进行干涉测角解算,得到目标方位角azi ;对俯仰基线的相位差dpha_zl、dpha_z2、dpha_z3进行解算,得到目标俯仰角elv。利用获得的方位角和俯仰角描述了目标的方向信息，利用该目标的方向信息，可以指导空间飞行器的交会对接。上述采用5个接收天线的单通道干涉测角方法占用的硬件资源少，通过对5个接收天线接收信号进行处理，可以解算得到测量精度优于0. 1°的方位角和俯仰角信息。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种多阵元单通道干涉测角装置，包括天线阵列，所述天线阵列包括多个分别组成方位基线和俯仰基线的接收天线，其特征在于，还包括测角接收通道和处理单元， 所述测角接收通道将由所述天线阵列中各接收天线输出的射频信号转换为中频信号输出到处理单元； 所述处理单元利用所述中频信号的采样信号确定所述天线阵列中各接收天线间对应于同一接收时刻的相位差，分别得到所述方位基线的方位角和所述俯仰基线的俯仰角并输出。
2.如权利要求I所述的一种多阵元单通道干涉测角装置，其特征在于所述测角接收信道通过轮询方式对所述天线阵列中各接收天线输出的射频信号进行接收依次输出。
3.如权利要求I所述的一种多阵元单通道干涉测角装置，其特征在于所述处理单元具有多路跟踪通道，每路跟踪通道跟踪一路输入的中频信号。
4.如权利要求I所述的一种多阵元单通道干涉测角装置，其特征在于所述处理单元对相位差进行干涉测角解算获得方位角和俯仰角。
全文摘要
本发明公开了一种多阵元单通道干涉测角装置，包括天线阵列，所述天线阵列包括多个分别组成方位基线和俯仰基线的接收天线，测角接收通道和处理单元。所述测角接收通道将由所述天线阵列中各接收天线输出的射频信号转换为中频信号输出到处理单元，所述处理单元利用所述中频信号的采样信号确定所述天线阵列中各接收天线间对应于同一接收时刻的相位差，分别得到所述方位基线的方位角和所述俯仰基线的俯仰角并输出。采用本发明实现了对天线阵列的单通道接收和二维测角。
文档编号G01S13/68GK102788975SQ20121020427
公开日2012年11月21日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者严琪, 张蓬, 杨瑞强, 王登峰, 蔡春贵, 踪念科, 钟兴旺 申请人:西安空间无线电技术研究所