專利名稱：一種星載dbf發(fā)射通道幅相誤差校準方法及校準系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一種星載DBF (數(shù)字波束形成)發(fā)射通道幅相誤差校準方法及校準系統(tǒng)， 主要應用于衛(wèi)星載荷發(fā)射通道校準領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)是一個利用波束形成技術(shù)形成多個點波束進行廣域覆蓋，達到增強輻射增益，支持小終端移動通信業(yè)務(wù)，如Thuraya星形成245個點波束，Imarsat4衛(wèi)星形成2 個點波束。由于在區(qū)域內(nèi)由于人口分布的不均勻，通信業(yè)務(wù)量分布也不均勻， 而且每天通信的高峰時間也不一樣，隨著各地經(jīng)濟的發(fā)展這種需求在不斷地變化；為充分利用衛(wèi)星的資源，移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)的下行鏈路采用輸入、輸出混合矩陣(即Butler矩陣)加功率放大器來實現(xiàn)動態(tài)功率調(diào)配功能，其中輸入Butler由數(shù)字方式實現(xiàn)?；旌暇仃?(Butler)是一種完全對稱的矩陣結(jié)構(gòu)，靠各通道的相位分配器和功率分配器實現(xiàn)信號的耦合和功率分配。由于Butler矩陣導致了通道間的耦合，使得對幅相誤差測量、校準更加困難?，F(xiàn)有技術(shù)多采用遠場校準方法，該方法已經(jīng)被廣泛應用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的遠程校準上， 但是它是針對發(fā)射通道相互獨立條件下的幅相一致性校準，而對于發(fā)射通道互耦情況下的幅相一致性校準性能急劇下降，甚至不適用。因此目前國內(nèi)外尚無關(guān)于具有Butler矩陣的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)哂蠦utler矩陣的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差進行校準的方法及校準系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準方法，包括被測 DBF發(fā)射通道中的輸出Butler前端通道的功率器件幅相誤差校準和輸出Butler后端通道的輸出饋源陣幅相誤差校準兩個步驟；首先進行輸出Butler前通道的功率器件幅相位誤差校準，其步驟為(1. 1)產(chǎn)生相互正交的偽隨機碼組，并對所述偽隨機碼組進行BPSK調(diào)制，調(diào)制后的信號作為校準信號，其中正交碼組的數(shù)目和需要校準的被測發(fā)射通道中的通道數(shù)目一致；(1. 2)將步驟(1. 1)中得到校準信號接至輸入Butler之后，所述校準信號經(jīng)過被測DBF發(fā)射通道中的功率器件和輸出Butler后，在輸出Butler的測試口或其中一個輸出端口耦合輸出；(1. 3)接收步驟(1. 2)得到的校準信號，并進行基帶處理，根據(jù)基帶處理后的校準信號完成被測DBF發(fā)通通道中功率器件的幅相誤差估計和濾波，根據(jù)濾波結(jié)果計算校準因子，然后將所述校準因子送入被測DBF發(fā)射通道中位于輸入Bulter之后的功率器件校準器中，實現(xiàn)輸入Butler前通道的功率器件的幅相誤差校準；
然后進行輸出Butler后通道的輸出饋源陣幅相誤差校準，其步驟為(2. 1)產(chǎn)生相互正交的偽隨機碼組，并對所述偽隨機碼組進行BPSK調(diào)制，調(diào)制后的信號作為校準信號，其中正交碼組的數(shù)目和需要校準的通道數(shù)目一致；(2. 2)將步驟(1. 1)中得到校準信號接入至輸入Butler之前，所述校準信號經(jīng)過輸入Butler、功率器件和輸出饋源陣后發(fā)射出去；(2. 3)通過遠場(即接收饋源)接收所述校準信號，并進行基帶處理，根據(jù)基帶處理后的校準信號完成被測DBF發(fā)通通道中輸出饋源陣的幅相誤差估計和濾波，根據(jù)濾波結(jié)果計算校準因子，然后將所述校準因子送入被測DBF發(fā)射通道中位于輸入Bulter之前的輸出饋源陣校準器中，實現(xiàn)輸出Butler后通道的輸出饋源陣幅相誤差校準。所述步驟(1. 3)和(2. 3)中的幅相誤差估計方法如下(A)對接收到的校準信號進行解擴，得到的解擴后的復信號x(t)如下x(t) = pn{t) h{t) pn (t) + Nawgn h{t) pn {t)(B)對解擴后的復信號x(t)求幅度和相位，即通道的幅相誤差，計算如下Aangle = angle [x (t)](1)Apow = abs[x(t)]其中pn(t)為正交偽隨機碼，h(t)為被測通道的傳遞函數(shù)，pn*(t)為pn(t)共軛， Nawgn為加性白噪聲；Aangle為相位誤差估計值，Δ p0W為幅度誤差估計值，angle [x (t)]為 x(t)的相位，abs[x(t)]為 x(t)幅度。所述步驟(1. 3)和(2. 3)中的幅相誤差濾波方法采用Kalman濾波，濾波方法如下已知參數(shù)如下
,1 / x0.1狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為^X" +1，勸=、 j ]其中β為校準信號的成型因子；
？觀測矩陣為C (n) = [10]；
0 0過程向量噪聲的相關(guān)矩陣fib) = ^ 其中2為過程向量噪聲的方差，可以取
W ·>f7W
β X0. IX I χ (η) I2 ；
0 0觀測噪聲向量的相關(guān)矩陣込(《) = [Λ 2]，其中2為觀測噪聲的方差，
0 crVcrV
β Χ0. IX y(n) 2 ；輸入觀測向量過程如下觀測向量序列{y (1)，H2)，......，y (η)}，其中y (η)是第η次觀測值，對應本發(fā)
明中的第η次相位誤差估計值A(chǔ)angle或幅度誤差估計值A(chǔ)pow ；初始條件如下
權(quán)利要求
1.一種星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準方法，其特征在于包括被測DBF發(fā)射通道中的輸出Butler前的功率器件幅相誤差校準和輸出Butler后的輸出饋源陣幅相誤差校準兩個步驟；首先進行輸出Butler前的功率器件幅相位誤差校準，其步驟為 (1. 1)產(chǎn)生相互正交的偽隨機碼組，并對所述偽隨機碼組進行BPSK調(diào)制，調(diào)制后的信號作為校準信號，其中正交碼組的數(shù)目和需要校準的通道數(shù)目一致；(1.2)將步驟(1.1)中得到校準信號耦合至輸入Butler之后，所述校準信號經(jīng)過被測發(fā)射通道中的功率器件和輸出Butler后，在輸出Butler的測試口或其中一個輸出端口耦合輸出；(1.3)接收步驟(1. 得到的校準信號，并進行基帶處理，根據(jù)基帶處理后的校準信號完成被測通道中功率器件的幅相誤差估計和濾波，根據(jù)濾波結(jié)果計算校準因子，然后將所述校準因子送入被測通道中位于輸入Bulter之后的功率器件校準器中，實現(xiàn)輸出Butler 前的功率器件的幅相誤差校準；然后進行輸出Butler后的輸出饋源陣幅相誤差校準，其步驟為 (2. 1)產(chǎn)生相互正交的偽隨機碼組，并對所述偽隨機碼組進行BPSK調(diào)制，調(diào)制后的信號作為校準信號，其中正交碼組的數(shù)目和需要校準的通道數(shù)目一致；(2.2)將步驟(2. 1)中得到校準信號耦合至輸入Butler之前，所述校準信號經(jīng)過輸入 Butler、功率器件和輸出饋源陣后發(fā)射出去；(2. 3)通過遠場接收天線接收所述校準信號，并進行基帶處理，根據(jù)基帶處理后的校準信號完成被測通道中輸出饋源陣的幅相誤差估計和濾波，根據(jù)濾波結(jié)果計算校準因子，然后將所述校準因子送入被測通道中位于輸入Bulter之前的輸出饋源陣校準器中，實現(xiàn)輸出Butler后的輸出饋源陣幅相誤差校準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準方法，其特征在于所述步驟(1. 3)和(2. 3)中的幅相誤差估計方法如下(A)對接收到的校準信號進行解擴，得到的解擴后的復信號x(t)如下 x(t) = pn(t) hit) (S) pn (t) + Nawgn h(t) <8> pn (t)(B)對解擴后的復信號x(t)求幅度和相位誤差估計值，計算如下 Δ angle = angle[χ (t)](1)Δ pow = abs [χ (t)]其中pn(t)為正交偽隨機碼，h(t)為被測通道的傳遞函數(shù)，pn*(t)為pn(t)共軛，Nawgn 為加性白噪聲；Aangle為相位誤差估計值，Δ p0W為幅度誤差估計值，angle [x (t)]為x(t) 的相位，abs[x(t)]為x(t)幅度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準方法，其特征在于所述步驟(1. 3)和(2. 3)中的濾波方法采用Kalman濾波，濾波方法如下已知參數(shù)如下 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為^0 +L功=、 2 ]其中β為校準信號的成型因子； 觀測矩陣為C (n) = [10]； 過程向量噪聲的相關(guān)矩陣〃2]其中2為過程向量噪聲的方差；
4. 一種星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準系統(tǒng)，其特征在于包括校準信號產(chǎn)生模塊 (1)、校準算法執(zhí)行模塊O)、校準信號接收模塊C3)和發(fā)射通道及校準接口模塊(4)；所述校準信號產(chǎn)生模塊(1)產(chǎn)生和待校準通道數(shù)目相等的正交偽隨機碼組、并對所述正交偽隨機碼組進行BPSK調(diào)制，調(diào)制后的信號作為校準信號耦合至發(fā)射通道及校準接口模塊(4)中輸入至輸出饋源陣校準時校準信號輸入耦合器Gl)和功率器件校準時校準信號輸入耦合器(43)，其中輸出饋源陣校準時校準信號輸入耦合器是為了校準輸出饋源陣，功率器件校準時校準信號輸入耦合器^幻是為了校準功率器件；所述發(fā)射通道及校準接口模塊(4)包括輸出饋源陣校準器(40)、功率器件校準器 (42)、功率器件校準時校準信號輸入耦合器、輸出饋源陣校準時校準信號輸入耦合器 (41)和功率器件校準時校準信號輸出耦合器G4)構(gòu)成，其中輸出饋源陣校準器GO)和輸出饋源陣校準時校準信號輸入耦合器0 依次接至被測發(fā)射通道的輸入Bulter之前，功率器件校準器Gl)和功率器件校準時校準信號輸入耦合器^幻依次接至被測發(fā)射通道的輸入Bulter之后，功率器件校準時校準信號輸出耦合器04)接至輸出Bulter的測試口或其一個輸出端口 ；功率器件校準時，校準信號由校準信號輸入耦合器^幻耦合輸入，并經(jīng)過被測DBF發(fā)射通道中的功率器件和輸出Butler后，在輸出Butler的測試口或其中一個輸出端口耦合輸出；輸出饋源陣校準時，校準信號由校準信號輸入耦合器Gl)耦合輸入， 并經(jīng)過輸入Butler、功率器件和輸出饋源陣后發(fā)射；所述校準信號接收模塊C3)接收功率器件校準時校準信號輸出耦合器G4)輸出的校準信號和輸出饋源陣校準時輸出饋源陣發(fā)射的校準信號；然后完成校準信號至基帶復信號的處理，輸出至校準算法執(zhí)行模塊O)；所述校準算法執(zhí)行模塊( 完成功率器件的幅相誤差估計和濾波，及輸出饋源陣的幅相誤差估計和濾波；然后計算得到校準因子，并將校準因子輸入至功率器件校準器G2)和輸出饋源陣校準器GO)中，功率器件校準器G2)和輸出饋源陣校準器GO)分別完成功率器件和輸出饋源陣幅相誤差的校準，從而完成被測DBF發(fā)射通道中的輸出Butler前端通道的功率器件幅相誤差校準和輸出Butler后端通道的輸出饋源陣幅相誤差校準。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準系統(tǒng)，其特征在于 所述功率器件校準器0 和輸出饋源陣校準器GO)校準方法如下其中op。w為幅度校準因子，Qangle為相位校準因子，由校準因子估計器計算得到，s(t) 為輸入信號，S' (t)為補償幅相誤差后的信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準系統(tǒng)，其特征在于所述校準信號產(chǎn)生模塊(1)由正交偽隨機碼組產(chǎn)生器(10)、BPSK調(diào)制器(11)構(gòu)成，正交偽隨機碼組產(chǎn)生器(10)產(chǎn)生和待校準通道數(shù)目相等的正交偽隨機碼組，通過BPSK調(diào)制器(11)對所述正交偽隨機碼組進行BPSK調(diào)制。所述的正交偽隨機碼可以選用正交性后的walsh碼組， 碼長可以根據(jù)需要進行選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準系統(tǒng)，其特征在于所述校準算法執(zhí)行模塊O)由幅相誤差估計器0》、Kalman濾波器和校準因子產(chǎn)生器OO) 構(gòu)成；幅相誤差估計器0 完成功率器件的幅相誤差估計及輸出饋源陣的幅相誤差估計； 所述Kalman濾波器Ql)對幅相誤差估計器0 估計的幅相誤差進行平滑濾波；所述校準因子產(chǎn)生器OO)根據(jù)濾波后的幅相誤差值計算得到校準因子。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準系統(tǒng)，其特征在于所述幅相誤差估計器0 的幅相誤差估計方法如下(A)對接收到的校準信號進行解擴，得到的解擴后的復信號x(t)如下x(0 = pn{t) h(t) pn (O + Nawgn h(t) pn (t)(B)對解擴后的復信號x(t)求幅度和相位，即通道的幅相誤差，計算如下
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準系統(tǒng)，其特征在于所述 Kalman濾波器Ql)的濾波如下已知參數(shù)如下
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準系統(tǒng)，其特征在于所述校準信號接收模塊(3)由接收饋源(30)、下變頻器(31)、AD采集(32)和數(shù)字下變頻器(33) 構(gòu)成；所述接收饋源(30)接收星載BDF發(fā)射通道中輸出饋源陣發(fā)射的校準信號；所述下變頻器(31)對接收饋源(30)接收的星載BDF發(fā)射通道中輸出饋源陣發(fā)射的校準信號和從功率器件校準時校準信號輸出耦合器G4)輸出的校準信號變成中頻信號；所述AD采集(32) 對采集的模擬中頻信號變換成數(shù)字信號；所述數(shù)字下變頻器(3 完成將中頻信號變成基帶復信號。
全文摘要
一種星載DBF發(fā)射通道幅相誤差校準方法及校準系統(tǒng)包括兩級校準方案，兩級校準方案由輸出Butler前端通道部分幅相校準和輸出Butler后端通道部分幅相校準構(gòu)成。首先，在輸入Butler之后注入校準信號，在發(fā)射Butler的測試口耦合校準信號，實現(xiàn)混頻器和功率放大器的校準；然后，注入校準信號方式不變，通過遠場接收校準信號，實現(xiàn)濾波器和饋源陣的校準。本發(fā)明極大提高了幅相誤差測量精度，可以應用于通信衛(wèi)星、偵查衛(wèi)星和導航衛(wèi)星有效載荷，也可應用于地面雷達等技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號H04B7/185GK102413082SQ201110214810
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者湯琦, 王戰(zhàn)強, 陳銳 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所