(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111006850.9 (22)申请日 2021.08.3 0 (71)申请人 西安空间无线电技 术研究所 地址 710100 陕西省西安市长安区航天基 地东长安街504号 (72)发明人 赵宏伟　吴疆　李琳　王迪　瞿颜　 李成国　李樊　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 任林冲 (51)Int.Cl. G06F 17/10(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01)H01Q 3/34(2006.01) (54)发明名称 一种相控阵天线在轨校正与形变 评估方法 (57)摘要 本发明涉及一种相控阵天线在轨校正与形 变评估方法， 首先对有源相控阵天线信标、 阵面 和通道的一体化链路进行地面结构和幅相测量； 然后在地面幅相测量数据基础上计算得到各个 通道在轨补偿相位， 完成相控阵天线电性能在轨 校正； 其次根据各通道的相位变化值， 获得阵列 天线信标到各个阵面单元位置的物理形变长度； 再次通过与阵列天线地面结构测量数据比较计 算， 预测在轨形变后阵面各个单元可能的位置坐 标； 最后将阵面形变在轨评估归 结为阵面单元位 置的最优化问题， 构建形变优化模 型和优化约束 条件对阵元位置进行更新， 在 多次迭代优化基础 上求解得到最终阵元位置坐标， 实现在轨形面变 化评估。 权利要求书3页 说明书6页 附图3页 CN 113934965 A 2022.01.14 CN 113934965 A 1.一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)将阵列天线的信标、 无源阵面和有源通道构建一体化校正链路； (2)在地面完成辐射阵面形面精度校正和机 械结构测量并记录表格A1； (3)在地面暗室完成有源通道配平和幅相一 致性检查并分别记录表格为A 2和A3； (4)依次改变各个通道 移相器的不同位态， 测量并记录对应的合成电场功率电平值； (5)采用抗噪声干扰的有源通道相位校准方法得到各个通道的相位校准值并记录表 格； (6)在地面幅相测量数据表A2和A3的基础上， 计算得到各个通道的在轨补偿相位， 实现 相控阵天线在轨电性能校正； (7)根据各有源通道 的相位变化补偿值， 获得在轨形变后阵列天线信标到各个 阵面单 元位置的物理长度变化 值； (8)通过地面结构测量数据表A1和在轨信标到各个单元的长度变化值， 预测在轨变形 后各个阵面单 元位置可能的坐标位置； (9)将阵面形变评估归结为阵面单元位置的最优化问题， 构建形变优化模型和优化约 束条件对阵元位置进行更新， 从而在多次迭代优化求解得到阵元位置值， 实现阵列天线的 在轨形面 误差评估。 2.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步骤 (1)中阵列天线 校正采取外校准方法， 使一体化校正链路包含信标天线、 无源阵面和有源通 道。 3.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步骤 (1)中阵列天线信标采取宽波束振子天线， 架设高度和位置满足阵列天线远场距离和一定 的波束覆盖要求。 4.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步骤 (2)中阵列天线形面精度和机 械结构测量在地 面采取摄 影测量方法实现。 5.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步骤 (3)中有源通道配平和幅相一 致性检查采取REV旋转矢量法实现。 6.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步骤 (4)中各个通道 移相器的不同位态包括0 °、 90°、 180°和270°四个状态。 7.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步骤 (5)中， 有源通道相位校准方法为： 假设阵列天线有源通道1、 2信号的幅度和相位分别为E1、 φ1和E2、 φ2， 两个信号叠加的功 率表示为 Δ为通道2移 相器附加相位， 此时， 改变通道 2的移相器相移值， 当Δ＝ π/2时， 此时信号 合成功率 当Δ＝3 π/2时， 此时信号 合成功率 当Δ＝0时， 此时信号 合成功率 当Δ＝ π 时， 此时信号 合成功率 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113934965 A 2其中， ε2为通道的平均噪声功率； 因此， 在四个移相态下的信号功率电平测量后， 计算可 得出两通道的相位差为 8.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 骤 (6)中各个通道的在轨补偿相位计算方法为： 假设对于阵面中第mn个单元对应的有源通道i， 其在地面的初始校准和预校准的相位 值分别为φ0i和φ1i， 在轨校准的相位测量值为φ2i， 因此补偿相位值为Δφmn＝‑φ0i+ (φ2i‑φ1i)。 9.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步骤 (7)中由各个通道的补偿相位获得阵面单 元位置变化信息的计算方法为： 若在地面完成阵列天线结构测量信息， 信标天线位置为(xp,yp,zp)， 与阵面 中第mn个单 元(xmn,ymn,zmn)的距离为 当阵面在轨发生变形时， 信标天线与阵面第mn个单元 的距离为 因此， 阵面变形导致阵面单元与信标距离变化为 其对应的补偿相位为 由此得到阵面变形后信标与阵面第mn个单 元的距离变化 为 10.根据权利要求9所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步 骤(8)中预评估的变形后阵元坐标位置表示 为 11.根据权利要求1所述的一种相控阵天线在轨校正与形变评估方法， 其特征在于， 步 骤(9)中阵面单 元位置的最优化问题， 求 解该优化模型 可采用遗传算法： s.t. Δφmn＝‑φ0i+(φ2i‑φ1i) f(xmn,ymn,zmn)＝f0 其中， argmin表示求解最小值； f(xmn,ymn,zmn)＝f0为阵面在轨结构变 形后满足的已知其权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113934965 A 3