专利名称：一种阵列校准信号源输出功率自动调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于阵列天线和(或)阵列接收机幅度/相位一致性校准的一种技术，具体涉及阵列天线和(或)阵列接收机幅度/相位一致性校准时所使用的校准信号源输出功率自动调整优化装置。该装置适用于对多种阵列天线和(或)阵列接收机的校准过程。
背景技术：
阵列天线和阵列接收机在电子战系统中应用日益广泛，尤其是在无源定位系统中更成为关键设备。此外，阵列天线和阵列接收机在移动通信、广播电视、雷达和导航等无线电系统中也已得到普遍应用。在阵列天线和阵列接收机使用中，必须定期对各通道的幅度/相位性能一致性进行校准，从而消除通道之间的幅相误差。阵列天线一般都须配合阵列接收机使用，它们在阵列校准和阵列接收两种工作状态之间进行周期性切换。处于阵列校准状态的阵列天线和阵列接收机，其参数设置(例如，各接收通道的增益)必须保证与处于阵列接收状态时的参数完全相同，这样才能将获得的阵列校准系数应用于阵列接收状态以消除各接收通道之间的幅/相偏差。在进行阵列校准系数测量时，如果校准信号源的输出功率偏大，将导致各接收通道处于非线性失真状态或饱和状态，这时得到的各接收通道幅/相校准系数不能正确反映线性接收通道的幅/相特性；相反，如果校准信号源的输出功率偏小，各接收通道输出的校准信号的信噪比较低，由此计算出的阵列校准系数的精度会下降。此外，如果在接收阵列校准信号时，恰好有外界干扰脉冲输入，也会严重影响阵列校准系数计算的正确性。目前，有很多进行阵列天线和阵列接收机幅相一致性校准的方法，例如文献“基于子空间的阵列天线幅相误差校正算法”(程春悦，吕英华，《无线电工程》，2005)介绍了一种基于子空间原理的阵列幅相一致性校准算法；文献“基于单辅助源的阵列幅相误差校正方法”(李彩菊，贾云东，李亚安，《探测与控制学报》，2009)介绍了一种基于辅助信号源的阵列幅相误差校正方法。另外，还有基于迭代算法的阵列自校正方法、有源幅相误差校正方法等。但是，以上所有提到的阵列校准方法中，仅关注阵列校准过程和校准系数的计算方法，未指明如何自动设置和优化阵列校准信号源的输出功率，或者均假设阵列校准信号源的输出功率理所当然地满足阵列校准的要求。另外，已经公开的专利中也有不少涉及到阵列校准的方法或装置。例如，中国专利03804860.4(无线装置、无线装置的校准系统、校准方法及校准程序)提出应采用多个频率的校准辅助源，但也未涉及校准信号源的输出功率对阵列校准的影响。日本专利No. 2000-151255 (校准阵列天线的装置和方法)及No. HeilO-336149 (阵列天线无线CDMA通信装置)公开了一种阵列天线校准装置，对阵列校准信号提出了高精确和高稳定度的性能要求，要求校准信号源必须架设安装于基站周围没有障碍物遮挡的方位，同时要求知道基站和校准信号源之间的精确地理位置关系。虽然以上两项专利提到的阵列校准过程相当复杂，但依然没有对阵列校准信号源的输出功率提出具体要求，更没有考虑出现外界干扰时的应对办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阵列校准信号源输出功率自动调整装置，该装置可以弥补因校准信号功率设置不合理而导致阵列校准效果恶化的缺陷。本发明提供的一种阵列校准信号源输出功率自动调整装置，其特征在于，该装置包括阵列校准信号源、阵列校准信号发射天线、归一化峰度计算单元、加权平均单元和功率调整控制单元；阵列校准信号源包括串接的直接数字合成器和可调增益放大器；归一化峰度计算单元、加权平均单元和功率调整控制单元依次串接；阵列校准信号源的输出信号频率等于需进行幅度/相位一致性校准的阵列接收机的中心工作频率；工作时，直接数字合成器产生的单频信号经可调增益放大器放大后送至阵列校准信号发射天线，该信号经阵列接收机接收、放大和采样后，其输出信号送入归一化峰度计算单元，同时送入外接的阵列校准系数计算单元；归一化峰度计算单元计算各接收通道输出信号的归一化峰度值，加权平均单元利用归一化峰度值计算加权平均值，然后将计算结果送入功率调整控制单元，功率调整控制单元使用自适应算法产生增益控制量以调整可调增益放大器的增益，最终使阵列校准信号源的输出功率处于最优范围内。本发明在进行阵列天线和(或)阵列接收机校准时，可以根据阵列接收通道的实际参数设置情况而自动调整优化所使用的校准信号源的输出功率，以便始终能够获得正确可靠、高精度的接收通道幅相一致性校准系数。它采用阵列接收机输出信号的归一化峰度值NKurt来表征阵列校准信号源的输出功率设置是否处于最优范围内。本发明还能够消除外界干扰脉冲对阵列校准的影响。具体而言，本发明该装置具有以下特点(1)可以应用于对阵列天线和阵列接收机组成的完整系统的通道幅相一致性校准中，亦可应用于单独对阵列接收机的通道幅相一致性的校准中。(2)利用阵列接收机通道增益固定并接收单频校准信号时，接收通道输出信号的归一化峰度值随单频校准信号的发射功率增大而单调递减的特点，方便、快捷、准确地实现阵列校准信号源输出功率的自动调整和优化。(3)本发明利用阵列接收通道输出信号的归一化峰度值为判据，有效消除外界干扰脉冲对阵列校准过程的影响，并使阵列校准信号源的输出功率始终保持与阵列接收通道的参数(例如通道增益)处于匹配的状态，确保获得的阵列校准系数的可靠性和精确度。(4)本发明对阵列接收通道的电路结构以及天线阵列的类型没有限制，能够用于对直接放大式或超外差式的接收通道电路结构，以及圆阵天线、线阵天线、面阵天线等各种类型的阵列系统的幅相一致性校准过程中，实现对阵列校准信号源输出功率的自动调整和优化。本发明与其它方法或装置相比，具有对阵列校准信号源的输出功率进行实时自动调整的能力，保证阵列校准信号源的输出功率与阵列接收机的实际参数始终处于最佳配合状态，同时还能有效避免外界干扰脉冲对阵列校准过程的影响。其它的阵列校准方法和装置未考虑如何最佳地自动设置阵列校准信号源的输出功率，也没有考虑如何避免外界干扰脉冲对阵列校准过程的影响。CN 102394704 A
说明书
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图1是对阵列天线和阵列接收机进行幅相校准时，阵列校准信号源输出功率的自动调整装置；图2是单频信号作为校准信号时，阵列校准信号源的输出功率与接收机输出信号的归一化峰度之间的关系；图3是仅对阵列接收机进行幅相校准时，阵列校准信号源输出功率的自动调整装置。
具体实施例方式下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。图1表示了本发明在使用阵列校准系数计算单元70来对由阵列天线40、阵列接收机前端50、模数转换单元60组成的阵列接收机进行幅相校准时，阵列校准信号源输出功率自动调整优化装置的组成与使用环境框图。该装置包括阵列校准信号源、阵列校准信号发射天线30、归一化峰度计算单元80、加权平均单元90和功率调整控制单元100，其中，阵列校准信号源由直接数字合成器10和可调增益放大器20串接而成。阵列校准信号源产生的单频信号输出至阵列校准信号发射天线30，其频率等于需进行幅度/相位一致性校准的阵列天线40、阵列接收机前端50和模数转换单元60的中心工作频率，其输出功率受到功率调整控制单元100产生的增益控制量λ的控制。该装置的具体工作过程描述如下直接数字合成器10产生的单频信号经可调增益放大器20放大后送至阵列校准信号发射天线30，该信号经M路阵列天线40和阵列接收机前端50接收放大后送入模数转换单元60。此处，阵列天线40、阵列接收机前端50、模数转换单元60组成一个具有M路接收通道的阵列接收机。模数转换单元输出的M路数字信号一方面送入阵列校准系数计算单元70去计算各接收通道的幅相不一致性系数，另一方面送入归一化峰度计算单元80去计算各接收通道输出信号的归一化峰度值，然后由加权平均单元90计算出加权平均值，接着送入功率调整控制单元100，在该单元中使用自适应算法更新控制量λ去调整可调增益放大器20的增益，从而将阵列校准信号源的输出功率调整到最优范围内。在归一化峰度计算单元80中，根据下式计算经阵列天线40、阵列接收机前端50和模数转换单元60接收采样后得到的M个接收通道输出信号的归一化峰度值
五道 ⑷-"‘]'}NKurtJk) = ------T,m = 1,2, · · ·，M，k = 1,2,3,...
{[&( )_"‘]”}式中，下标m表示阵列接收机中的接收通道序号，Xffl (η)表示第m个接收通道在η时刻的输出信号采样值，k为正整数，yffl,k = Ek[xffl(n)]表示求第m个接收通道输出信号中的第k数据段的均值，Ek[·]表示求第k数据段的均值，NKurtm(k)则表示第m个接收通道输出信号中的第k数据段的归一化峰度值，而每个数据段的长度为N。加权平均单元90按照下式计算M个接收通道输出信号的第k数据段的归一化峰度的加权平均值
权利要求
1.一种阵列校准信号源输出功率自动调整装置，其特征在于，该装置包括阵列校准信号源、阵列校准信号发射天线(30)、归一化峰度计算单元(80)、加权平均单元(90)和功率调整控制单元(100)；阵列校准信号源包括串接的直接数字合成器(10)和可调增益放大器(20)；归一化峰度计算单元(80)、加权平均单元(90)和功率调整控制单元(100)依次串接；阵列校准信号源的输出信号频率等于需进行幅度/相位一致性校准的阵列接收机的中心工作频率；工作时，直接数字合成器(10)产生的单频信号经可调增益放大器00)放大后送至阵列校准信号发射天线(30)，该信号经阵列接收机接收、放大和采样后，其输出信号送入归一化峰度计算单元(80)，同时送入外接的阵列校准系数计算单元(70)；归一化峰度计算单元(80)计算各接收通道输出信号的归一化峰度值，加权平均单元(90)利用归一化峰度值计算加权平均值，然后将计算结果送入功率调整控制单元(100)，功率调整控制单元(100)使用自适应算法产生增益控制量以调整可调增益放大器00)的增益，最终使阵列校准信号源的输出功率处于最优范围内。
2.根据权利要求1所述的阵列校准信号源输出功率自动调整装置，其特征在于，归一化峰度计算单元(80)按照下述方式计算归一化峰度值
3.根据权利要求1所述的阵列校准信号源输出功率自动调整装置，其特征在于，加权平均单元(90)按照下式计算M个接收通道归一化峰度NKurtm(k)的加权平均值
4.根据权利要求3所述的阵列校准信号源输出功率自动调整装置，其特征在于，功率调整控制单元(100)按照NKurtw(k)的值选择下述相应的方式调整可调增益放大器00)的功率增益(a)当1.5彡NKurtff(k) ( 1. 6时，保持控制量λ (k)不变并结束功率调整过程；(b)当NKurtw(k)< 1.25时，如果可调增益放大器Q0)为正斜率受控特性，则减小控制量λ (k)，以减小可调增益放大器00)的输出功率直至NKurtw(k)位于1. 5 1. 6 ；否则，增大控制量λ (k)，以减小可调增益放大器00)的输出功率直至NKurtw(k)位于1.5 、1. 6 ；(不知“可调增益放大器00)为正斜率受控特性”中的“正斜率受控特性”是否为清楚、规范的表述？ ？此表述是准确的。)(c)当1.25彡NKurtff (k) < 1. 5时，如果可调增益放大器(20)为正斜率受控特性，则逐次减小控制量λ (k)，以减小可调增益放大器00)的输出功率直至NKurtw(k)位于1. 5 ·1. 6 ；否则，增大控制量λ (k)，以减小可调增益放大器00)的输出功率直至NKurtw(k)位于·1. 5 1. 6 ；(d)当1.6 < NKurtff (k)彡3时，如果可调增益放大器Q0)为正斜率受控特性，则增大控制量λ (k)以增大可调增益放大器00)的输出功率直至NKurtw(k)位于1. 5 1. 6，否则减小控制量λ (k)，以增大可调增益放大器00)的输出功率直至NKurtw(k)位于1. 5 ·1. 6 ；(e)当NKurtw(k)> 3. O时，保持控制量λ (k)不变，从而保持可调增益放大器QO)的当前输出功率不变，直至外界干扰结束。
5.根据权利要求1所述的阵列校准信号源输出功率自动调整装置，其特征在于，功率调整控制单元(100)按照下述方式调整可调增益放大器00)的功率增益λ (k+1) = λ 00 + μ · [NKurtff (k) -NKurtopJ其中，λ (k)为第k次增益控制量，NKurt。pt为可调增益放大器00)的输出功率处于最优范围时所对应的归一化峰度加权平均值，μ为步长调节因子，当可调增益放大器为正斜率受控特性时，μ取大于零的正常数，否则μ取小于零的负常数。
6.根据权利要求1至5中任一所述的阵列校准信号源输出功率自动调整装置，其特征在于所使用的阵列校准信号是单频信号或多频信号，或者是带通高斯信号。
全文摘要
本发明公开了一种阵列校准信号源输出功率自动调整装置，它包括阵列校准信号源、阵列校准信号发射天线，以及依次串接的归一化峰度计算单元、加权平均单元和功率调整控制单元；阵列校准信号源的输出信号频率等于需进行幅度/相位一致性校准的阵列接收机的中心工作频率。本发明在进行阵列校准时，可以根据阵列接收通道的实际参数设置情况而自动调整优化所使用的校准信号源的输出功率，以便始终能够获得正确可靠、高精度的阵列接收通道幅相一致性校准系数。它采用阵列接收机输出信号的归一化峰度值来表征阵列校准信号源的输出功率设置是否处于最优范围内。本发明还能够消除外界干扰脉冲对阵列校准的影响。
文档编号H04B7/08GK102394704SQ20111019938
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者何围, 夏萍, 姚镇, 罗亦鸣, 陈杰锋, 马洪 申请人:华中科技大学