基于太阳噪声的无线电测控设备校相方法及装置与流程

1.本发明涉及无线电测控技术领域，尤其涉及一种基于太阳噪声的无线电测控设备校相方法及装置。


背景技术：

2.在遥测设备中，常采用幅度单脉冲机制，其和通道与差通道之间的相位不一致会引起：(1)角误差定向灵敏度下降；(2)在双通道单脉冲角跟踪系统中将带入交叉耦；(3)在和差器前相位不一致时，将引入测角误差。因此需要进行“校相”使和、差信号间的相位差为零。
3.目前常用的无线电测控设备标校方法主要有标校塔法、射电星法和卫星法等。其中，标校塔法是一种传统的校相方法，即将信标天线置于一个标校塔上，使天线电轴对准信标天线，使角跟踪接收机的和通道与差通道输出信号，测量出它们的相位差，并调节某一路的相位，使相位差为零。标校塔法适用于多频段近场标校，校相结果精确，但由于不同口径天线的远场条件不同，对标校塔的高度和距离均有一定的要求，要建设一个满足大口径天线远场标校条件的标校塔不仅费用大，而且难以实现，因此标校塔法一般难以满足大口径天线测试要求。例如某遥测系统，天线口径25m，按照远场条件需在距离9615m处建设高度为202m的标校塔，在可行性和实现成本上都是不现实的，因此需要寻求一种在无标校塔条件下的大口径无线电测控设备测试标校方案。其中，卫星法是利用同步卫星全相辐射功率的特性，使用同步卫星发射信号作为信标信号进行校相。同步卫星的信号是调相信号，对于无线电测控设备而言相当于单载波，可以进行自跟踪校相，其校相结果比较精确。但由于同步卫星的频点固定、旋相单一，且已知资源较少，例如，某同步卫星只具有某一固定点频的单左旋调相信号，不能满足各类试验任务的不同点频的需求，因此卫星法通常适用于对标校结果的检验。其中，射电星法是用空中的射电星代替标校塔上的信标源来实现校相。射电星法具有全天候、分布广、资源丰富、星历精确已知的特点，且射电星噪声是白噪声，可以覆盖多个频段。但由于其对设备的系统性能有较高的要求，无线电测控设备需要结合自身性能选取合适射电星进行标校工作。射电星标校常采用辐射流量密度稳定的仙后座等射电源，但由于距离远，仅适用于特大口径天线，应用范围受限。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种基于太阳噪声的无线电测控设备校相方法及装置。
5.第一方面，本发明提供了一种基于太阳噪声的无线电测控设备校相方法，包括：
6.确定天线指向太阳中心的初始方位角度和初始俯仰角度，并根据所述初始方位角度和所述初始俯仰角度控制所述天线指向太阳中心；
7.在所述初始方位角度和所述初始俯仰角度的基础上，对所述天线的指向进行调整，得到满足预设条件的方位角度偏向值和俯仰角度偏向值；
8.根据所述方位角度偏向值和所述俯仰角度偏向值，对所述天线进行偏置设置，并分别在所述方位角度偏向值下和在所述俯仰角度偏向值下进行校相，得到方位校相值和俯仰校相值；
9.根据所述方位校相值对方位相位值进行更新，并根据所述俯仰校相值对俯仰相位值进行更新。
10.第二方面，本发明提供一种基于太阳噪声的无线电测控设备校相装置，包括：
11.确定模块，用于确定天线指向太阳中心的初始方位角度和初始俯仰角度，并根据所述初始方位角度和所述初始俯仰角度控制所述天线指向太阳中心；
12.调整模块，用于在所述初始方位角度和所述初始俯仰角度的基础上，对所述天线的指向进行调整，得到满足预设条件的方位角度偏向值和俯仰角度偏向值；
13.校相模块，用于根据所述方位角度偏向值和所述俯仰角度偏向值，对所述天线进行偏置设置，并分别在所述方位角度偏向值下和在所述俯仰角度偏向值下进行校相，得到方位校相值和俯仰校相值；
14.更新模块，用于根据所述方位校相值对方位相位值进行更新，并根据所述俯仰校相值对俯仰相位值进行更新。
15.本发明提供的基于太阳噪声的无线电测控设备校相方法及装置，本发明提供的无线电测控设备校相方法，用太阳代替标校塔上的信标源来实现校相，实现了无线电测控设备的无塔校相，解决了大口径无线电测控设备的标校塔建设花费大、难以实现的困难。太阳作为空间最强的射电源，它具有频带宽，强度大，位置可预测等优点，适合作为标校信号源，可以满足各类试验任务的不同点频的需求，适合大口径天线，应用范围广泛。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明中太阳和天线的示意图；
19.图2为本发明提供的一种于太阳噪声的无线电测控设备校相方法的流程示意图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.随着近年来太阳射电天文学研究的深入和我国新一代厘米波、分米波太阳日像仪的投入使用，对太阳噪声有了更深入的认识，建立了更为精确的辐射模型，同时基于太阳噪声的理论和应用研究为实现太阳噪声的无线电标校应用提供了可能。
22.太阳作为空间最强的射电源，一直以来都是人们研究的重点，它具有频带宽、强度
大、位置可预测等优点，适合作为标校信号源。通过对太阳作为靶场无线电测控设备的测试标校信号源的可行性分析，进行了太阳校相原理研究，得出了太阳校相的可行性，建立了一套基于太阳噪声的无线电测控设备校相方案，用太阳代替标校塔上的信标源来实现校相，可以实现无线电测控设备的无塔校相，即解决了大口径无线电测控设备的标校塔建设花费大、难以实现的困难。
23.本发明提供一种基于太阳噪声的无线电测控设备校相方法，如图1和2所示，该方法包括：
24.s110、确定天线指向太阳中心的初始方位角度和初始俯仰角度，并根据所述初始方位角度和所述初始俯仰角度控制所述天线指向太阳中心；
25.可理解的是，这里将太阳代替标校塔上的信标源来实现校相。
26.在具体实施时，在s110中，可以根据所述天线的三轴坐标数据，并采用射电星位置计算模块计算所述天线指向太阳中心的初始方位角度和初始俯仰角度。
27.其中，三轴坐标数据包括经度、纬度和海拔高度。
28.其中，射电星位置计算模块的作用是：依据天线的三轴坐标数据，计算天线相对于太阳的方位角度和俯仰角度。该步骤中，通过射电星位置计算模块计算出来的方位角度作为初始方位角度，通过射电星位置计算模块计算出来的俯仰角度作为初始俯仰角度。
29.可理解的是，在计算得到初始方位角度和初始俯仰角度后，根据初始方位角度和初始俯仰角度对天线的方位和俯仰角进行调整，即操控天线指向太阳中心。
30.s120、在所述初始方位角度和所述初始俯仰角度的基础上，对所述天线的指向进行调整，得到满足预设条件的方位角度偏向值和俯仰角度偏向值；
31.可理解的是，为了保证单次校相的精度，需要确定满足预设条件的方位角度偏向值和俯仰角度偏向值。
32.可理解的是，方位角度偏向值和俯仰角度偏向值不会超过设备的波束宽度。
33.在具体实施时，预设条件可以包括：所述天线在俯仰角度不变，在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的正偏时对应的信号功率与在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的负偏时对应的信号功率之间的差值小于预设值。
34.其中，预设值可以根据需要选择，例如0.5db。
35.可理解的是，在初始方位角度的基础上，将天线的方位进行正偏一定角度、负偏一定角度，在正偏和负偏时天线的信号功率之差需小于预设值，此时正偏的角度和负偏的角度即为方位角度偏向值，正偏的角度和负偏的角度是相同的。
36.例如，将天线的方位角度正偏5个密位和负偏5个密位时，能够保证信号功率之差小于0.5db。
37.可理解的是，在方位角度正偏或负偏时，天线的俯仰角度保持在初始俯仰角度不变。
38.在具体实施时，预设条件还可以包括：所述天线在方位角度不变，在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的正偏时对应的信号功率与在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的负偏时对应的信号功率之间的差值小于预设值。
39.可理解的是，在初始俯仰角度的基础上，将天线的俯仰进行正偏一定角度、负偏一定角度，在正偏和负偏时天线的信号功率之差需小于预设值，此时正偏的角度和负偏的角
度即为俯仰角度偏向值，正偏的角度和负偏的角度是相同的。
40.例如，将天线的俯仰角度正偏3个密位和负偏3个密位时，能够保证信号功率之差小于0.5db。
41.可理解的是，在俯仰角度正偏或负偏时，天线的方位角度保持在初始俯仰角度不变。
42.在该步骤中，通过对天线指向的微调，确定满足预设条件的方位角度偏向值和俯仰角度偏向值。
43.s130、根据所述方位角度偏向值和所述俯仰角度偏向值，对所述天线进行偏置设置，并分别在所述方位角度偏向值下和在所述俯仰角度偏向值下进行校相，得到方位校相值和俯仰校相值；
44.例如，根据步骤s120中确定的方位角度偏向值和俯仰角度偏向值在电子设备上进行偏置设置，即，将方位偏置配置为步骤s120中确定的方位角度偏向值，将俯仰偏置配置为步骤s120中俯仰角度偏向值，这样电子设备就会在方位角度偏向值下进行校相，在所述俯仰角度偏向值下进行校相。
45.在具体实施时，步骤s130中分别在所述方位角度偏向值下和在所述俯仰角度偏向值下进行校相的过程可以包括：
46.s131、将所述天线的俯仰角度保持在所述初始俯仰角度，分别在天线在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的正偏时和在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的负偏时进行校相，得到方位正偏校相值和方位负偏校相值；
47.也就是说，将天线的俯仰角度保持在所述初始俯仰角度不变，将天线在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的正偏，此时进行校相，得到方位正偏校相值；将天线在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的负偏，得到方位负偏校相值。
48.s132、根据所述方位正偏校相值和所述方位负偏校相值，确定所述方位校相值；
49.在具体实施时，可以将所述方位正偏校相值和所述方位负偏校相值求平均，得到所述方位校相值。
50.s133、将所述天线的方位角度保持在所述初始方位角度，分别在天线在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的正偏时和在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的负偏时进行校相，得到俯仰正偏校相值和俯仰负偏校相值；
51.也就是说，将天线的方位角度保持在所述初始方位角度不变，将天线在初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的正偏，此时进行校相，得到俯仰正偏校相值；将天线在初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的负偏，此时进行校相，得到俯仰负偏校相值。
52.s134、根据所述俯仰正偏校相值和所述俯仰负偏校相值，确定所述俯仰校相值。
53.在具体实施时，可以将所述俯仰正偏校相值和所述俯仰负偏校相值求平均，得到所述俯仰校相值。
54.以上步骤s131～s134是针对一次校相的过程，得到一组校相结果，为了优化校相效果，可以进行多次校相，然后进行求平均。结合太阳极化角和展源效应对校相结果的影响分析，可知在无线电测控设备的天线的波束宽度大于太阳角径时，太阳可视为点源目标模型；在波束宽度小于太阳角径时，太阳须视为非点源目标模型。考虑太阳展源效应和极化变化，太阳校相可分为下面两个情况：
55.(1)宽波束天线(θ
3db
≥0.5
°
)校相方案
56.由于对太阳单次校相的精度受太阳运动(例如，爆发、黑子等因素)影响较大，精度大约为12
°
，对应交叉耦合大约1/5。为了进一步优化校相结果，可在步骤s130中进行多次校相，取得到多组方位校相值和俯仰校相值，然后分别求平均。当然，在每一组校相结果中除了方位校相值和俯仰校相值外，还可以包括方位差斜率和俯仰差斜率。假设第i次校相的结果为(θ
ai
，k
ai
，θ
ei
，k
ei
)，则最终校相结果为：
[0057][0058]
式中，n为总的校相次数，n≥5；θ
a
为方位校相值；k
a
为方位差斜率；θ
e
为俯仰校相值；k
e
为俯仰差斜率。n≥5可确保太阳校相结果精度<10
°
，交叉耦合优于1/5。因为在跟踪系统中，交叉耦合小于1/5，校相精度优于
±
12
°
，系统便能可靠跟踪，而当交叉耦合大于1/5而小于1/3，校相精度优于
±
17
°
时，系统可正常跟踪但系统捕获目标时间会加长。
[0059]
(2)窄波束天线(θ
3db
≤0.5
°
)校相方案
[0060]
对于窄波天线来说，太阳单次校相的精度不仅受太阳运动(例如，爆发、黑子等因素)影响较大，而且太阳不能认为是一个点源，与地球自转运动产生的极化角变化也相关，单次校相精度较差，对应交叉耦合可超过1/3。故必须在一天内按照平均时间间隔多次校相，并取平均值使用。第i天中从10时开始至16时结束，每隔2h进行一次校相，一天中共有4次校相结果，第j次校相结果为(θ
aij
，k
aij
，θ
eij
，k
eij
)(1≤j≤4)，最终的校相结果为：
[0061][0062]
式中，n为总的校相天数。当n≥3时，可保证针对窄波束天线的太阳校相方案，其校相精度与波束宽度大于太阳角径的天线结果相当。
[0063]
s140、根据所述方位校相值对方位相位值进行更新，并根据所述俯仰校相值对俯仰相位值进行更新。
[0064]
可理解的是，在对方位相位角和俯仰相位角进行更新之后，便可以进入信号跟踪模式。
[0065]
本发明提供的无线电测控设备校相方法，用太阳代替标校塔上的信标源来实现校相，实现了无线电测控设备的无塔校相，解决了大口径无线电测控设备的标校塔建设花费大、难以实现的困难。太阳作为空间最强的射电源，它具有频带宽，强度大，位置可预测等优
点，适合作为标校信号源，可以满足各类试验任务的不同点频的需求，适合大口径天线，应用范围广泛。
[0066]
第二方面，本发明提供一种基于太阳噪声的无线电测控设备校相装置，包括：
[0067]
确定模块，用于确定天线指向太阳中心的初始方位角度和初始俯仰角度，并根据所述初始方位角度和所述初始俯仰角度控制所述天线指向太阳中心；
[0068]
调整模块，用于在所述初始方位角度和所述初始俯仰角度的基础上，对所述天线的指向进行调整，得到满足预设条件的方位角度偏向值和俯仰角度偏向值；
[0069]
校相模块，用于根据所述方位角度偏向值和所述俯仰角度偏向值，对所述天线进行偏置设置，并分别在所述方位角度偏向值下和在所述俯仰角度偏向值下进行校相，得到方位校相值和俯仰校相值；
[0070]
更新模块，用于根据所述方位校相值对方位相位值进行更新，并根据所述俯仰校相值对俯仰相位值进行更新。
[0071]
在具体实施时，所述确定模块具体用于：根据所述天线的三轴坐标数据，并采用射电星位置计算模块计算所述天线指向太阳中心的初始方位角度和初始俯仰角度。
[0072]
在具体实施时，所述预设条件包括：
[0073]
所述天线在俯仰角度不变，在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的正偏时对应的信号功率与在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的负偏时对应的信号功率之间的差值小于预设值；
[0074]
所述天线在方位角度不变，在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的正偏时对应的信号功率与在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的负偏时对应的信号功率之间的差值小于预设值。
[0075]
在具体实施时，所述校相模块包括：
[0076]
方位校相单元，用于将所述天线的俯仰角度保持在所述初始俯仰角度，分别在天线在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的正偏时和在所述初始方位角度的基础上进行方位角度偏向值的负偏时进行校相，得到方位正偏校相值和方位负偏校相值；
[0077]
第一确定单元，用于根据所述方位正偏校相值和所述方位负偏校相值，确定所述方位校相值；
[0078]
俯仰校相单元，用于将所述天线的方位角度保持在所述初始方位角度，分别在天线在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的正偏时和在所述初始俯仰角度的基础上进行俯仰角度偏向值的负偏时进行校相，得到俯仰正偏校相值和俯仰负偏校相值；
[0079]
第二确定模块，用于根据所述俯仰正偏校相值和所述俯仰负偏校相值，确定所述俯仰校相值。
[0080]
在具体实施时，所述第一确定单元具体用于：将所述方位正偏校相值和所述方位负偏校相值求平均，得到所述方位校相值；所述第二确定单元具体用于：将所述俯仰正偏校相值和所述俯仰负偏校相值求平均，得到所述俯仰校相值。
[0081]
可理解的是，本发明实施例提供的装置，有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参考上述方法中的相应部分，此处不再赘述。
[0082]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而
且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0083]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0084]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0085]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。