本发明涉及一种数字多波束系统中小环在线监测方法。这里所称的“数字多波束系统”包括相控阵、准真时延阵、全真时延阵等，阵面形式包含平面阵、曲面阵和球面阵等。
背景技术
数字多波束发射系统结合了阵列天线和数字信号处理技术。数字多波束系统的基带信号产生和波束合成均在数字域实现，合成后的数字信号经过da和上变频变成模拟射频信号，经过天线阵元辐射，在空中形成相应波束。由于整个发射系统需要多个阵元协同工作，而不同阵元发射通道间的软硬件不可能完全一致，从而造成发射通道间信号的幅度、相位和时延不一致，继而影响合成波束的指向精度。数字多波束发射系统主要由上位机、发射终端、功放、阵列天线和小环终端组成，上位机下发工作参数至多个发射终端，发射终端根据下发参数产生1个或多个波束基带信号，并进行加权合成，合成后的波束基带信号通过da变换、上变频被调制到射频载波，射频载波经过功放放大后传输到阵列天线。信号到达阵列天线后被分为2路：主路信号经过阵列天线辐射在空间形成相应波束；辅路信号经多选一开关反馈至小环终端用于发射信号正确性检验。
环天线是在30mhz以下经常用到的一种磁场测量天线。它是一个由一圈或几圈组成的线圈，它的尺寸远较普通的线圈为大。但是，环天线的尺寸及固有波长(环天线的固有波长指无外加电容时，由环状线圈及其本身的分布电容所组成的谐振回路谐振时的波长)较工作波长为短。
小环在线监测是指数字多波束系统对发射信号进行射频闭环检验，检验内容包括发送数据正确性检验、误码率统计等，参与闭环设备通常包含完整的发射链路。数字多波束系统发射信号通常包含遥控指令，其准确性要求非常高，会直接影响任务的成功概率，而小环监测是检验发送指令是否正确的重要手段。在现有卫星测控多波束系统中，发射子阵内各个发射通道的信号在波束形成过程中产生了不同的时延，通过射频口耦合回来直接叠加将会产生误差，影响监测的正确性，甚至导致小环信号无法解调，且对于阵面越大的相控阵影响越大。如果采用各发射通道独立闭环自检的方式，那么小环接收机的数量为发射阵元数m×波束数m，设备复杂度将大为增加。因此，基于数字多波束系统的发射信号检验的重要性，有必要对发射信号进行实时小环在线监测。无线闭环监测需要在现场建设标校塔或标校杆，对于大型相控阵而言，要满足标校条件的标校塔距离要求远，高度要求高，且受多径影响，监测精度会受到严重影响。通常数字多波束系统在功放输出端耦合出小环信号送接收机完成解调和小环比对。而在数字多波束系统中，由于发射通道数很多，不能像单天线一样对单个发射通道进行小环监测，且单发射通道的正确性不能代表合成后发射信号的正确性。若采用射频无线闭环，可以对合成后的发射信号进行小环比对，但一方面其依赖于标校塔或标校杆，对于阵面大的系统无法在现场进行标校，更无法实现在线实时监测；另一方面无线信号受低仰角的影响，监测准确度必然有所下降。
技术实现要素：
为了克服现有数字多波束系统小环在线监测的不足，提高标校便利性，实现发射信号小环实时在线监测。本发明提供一种操作简便可靠，检测准确，不需要任何外部系统配合，摆脱对标校塔的依赖，对多波束天线阵面大小、波束个数没有限制的射频闭环小环在线监测方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种在线监测数字多波束系统小环信号的方法，其特征在于包括如下步骤：在数字多波束系统发射设备中，将m个发射阵元的数字多波束系统分为n个发射子阵，每个发射子阵包含n个发射阵元以及各发射阵元与子阵内波束合成基准点；然后在每个发射子阵上将含有m个波束的发射工作信号从发射组件的n个发射通道的射频口耦合出来，直接叠加合成送给每个发射子阵内的调制合成模块，在调制合成模块内完成模数ad转换后送子阵内小环比对单元，子阵小环比对单元对m个波束信号进行波束解码、解调；每个波束解码、解调的数据与调制合成模块内的n个调制器调制码和调制数据相比较，n个调制合成模块内的小环比对单元将解码和解调后的比较数据送全阵在线监测单元，完成数据正确性检验以及误码率比对输出。
技术效果
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
1)本发明将m个发射阵元的数字多波束系统分为n个发射子阵，每个发射子阵包含n个发射阵元；然后在每个发射子阵上将含有m个波束的发射工作信号从发射组件的n个发射通道的射频口耦合出来，直接叠加合成送给每个发射子阵内的调制合成模块的子阵小环比对单元，通过射频有线闭环实现在线监测，对多波束天线阵面大小，不需要任何外部系统配合，不需要在现场建设标校塔或标校杆，操作简便可靠，检测准确，摆脱了对标校塔的依赖，不受多径影响，提高了标校便利性，避免了无线闭环监测的高成本和复杂度。
2)本发明采用调制合成模块内的n个调制器根据波控计算的载波移相值和码移相值进行相位调整，完成发射信号的调制以及m个波束的数字调制信号的合路，经n个发射通道上的数模器da转换为射频模拟信号，n路射频模拟信号通过发射通道耦合出合并后连接模数器ad和子阵小环比对单元，对m个波束信号进行解码、解调；解决了发射子阵内各个发射通道的信号在波束形成过程中产生不同的时延，导致小环信号无法解调的问题，避免了通过射频口耦合回来直接叠加将会产生误差，影响监测正确性的缺陷。
3)本发明采用每个波束解码、解调的数据与调制合成模块内的n个调制器调制码和调制数据相比较，n个调制合成模块内的小环比对单元将解码和解调后的比较数据送全阵在线监测单元，完成数据正确性检验以及误码率比对输出。发射子阵级小环在线监测发射指令的正确性。有效降低了设备复杂度，解决了现有技术采用各发射通道独立闭环自检的方式，增加设备复杂度的问题。小环接收机的数量仅为发射子阵数n×波束数m。
本发明操作简单，有效地实现了数字多波束系统小环信号在线实时监测，可适用于任何阵面、任何波束形成方式的数字多波束系统。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本方法做进一步说明。
图1是本发明在线监测数字多波束系统发射设备的原理图。
具体实施方式
参阅图1。数字多波束系统发射设备包含m条链路发射通道相连的n个发射阵元、对应n个发射阵元的n个子阵，每个子阵共同相连的全阵在线监测单元，其中n个子阵包含了n个发射组件及其相连的n个调制合成模块。n个发射子阵采用均匀的方式划分为射阵元1#、发射阵元2#…发射阵元n#；n个发射组件划分为发射组件1#、发射组件2#…发射组件n#；n个调制合成模块划分为调制合成模块1#、调制合成模块2#…调制合成模块n#；每个发射组件包含对应连接射阵元1#、发射阵元2#…发射阵元n#的发射通道1#、发射通道2#…发射通道n#，发射通道1#、发射通道2#…发射通道n#的都通过各自的输出端连接合成器；n个调制合成模块划分为调制合成模块1#、调制合成模块2#…调制合成模块n#；每个调制合成模块都有各自对应数模器da1#、数模器da2#…数模器dan#串联调制器1#、调制器2#…调制器n#，并且数模器da1#、数模器da2#…数模器dan#都对应发射组件的发射通道1#、发射通道2#…发射通道n#进行通信，每个调制合成模块都有一个相连的上述合成器的模数器ad，并且模数器ad串联小环比对单元，小环比对单元输出端连接连接全阵在线监测单元。发射组件串联相对应的调制合成模块，每个发射组件通过它的每条发射通道将耦合出的小环信号送入合成器合成后，经串联的模数器ad送入小环比对单元，小环比对单元将解码和解调后的比较数据送全阵在线监测单元，完成数据正确性检验以及误码率比对。全阵在线监测单元收后小环比对单元的小环信号，对数字多波束发射信号指令进行正确性检验和判决。m是全阵总的阵元数，n是子阵的数目，n是每个子阵内阵元的数目，m表示合成波束的个数，m＝n×n。
在对数字多波束系统发射信号进行小环在线监测的过程中，首先，将m个发射阵元的数字多波束系统分为n个发射子阵，每个发射子阵包含n个发射阵元以及各发射阵元与子阵内波束合成基准点，发射子阵大小需根据发射信号信息速率rb以及射频信号频率f进行约束；然后每个发射子阵内n个调制器根据波控计算的载波移相值和码移相值进行相位调整，完成发射信号信息码元的调制以及m个波束的数字调制信号的合路，合路数字调制信号经发射通道上的数模转换器da转换为射频模拟信号，再由各自的发射通道发送至对应的天线阵元；在每个发射子阵上将含有m个波束的发射工作信号从n个发射通道的射频口耦合出来直接叠加合成送给发射子阵内ad转换为数字信号后送小环比对单元，在发射子阵内小环比对单元中实时完成m个波束信号的接收解码和解调；n个发射子阵内小环比对单元将波束解码和解调后的数据送全阵在线监测单元完成数据正确性检验以及误码率比对等。
为保证发射子阵内各发射通道信号直接合成后不影响解调，发射子阵内各发射阵元与子阵内波束合成基准点的最大距离应小于发射信号信息码元宽度的1/10。假设发射子阵的形状为正方形，合成基准点选取该子阵正方形的中心，发射阵元间距1/2波长。发射子阵内发射阵元数n与发射信号信息速率rb、射频信号频率f的关系为：
式中，c表示光速，rb是发射信号的信息速率。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。