一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法

摘要

本发明公开了天线技术领域的一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，包括：步骤1，通过上位机向内置有FPGA软件的波控测试盒发送一帧自动校准指令；步骤2，波控测试盒基于自动校准指令，自动生成天线所有通道的校准指令序列，并将校准指令帧按通道顺序依次下发给相控阵天线FPGA，完成全阵的接收校准或者发射校准；步骤3，相控制天线波控FPGA接收到波控测试盒下发的校准指令后，完成：a)全阵关断；b)通过角度解算的方式，将最大衰减码写入所有通道，设置所有通道为最大衰减状态；c）开启被校准通道对应最小加电单元的加电指令；d)对指定通道置为对应的幅度和相位值。本发明可以减少整个项目的交付时间，对于量产项目有着(56)对比文件王焕菊等.相控阵天线快速校准方法《.北京航空航天大学学报》.2016,第42卷(第12期),全文.Yinghui Yang.Automatic CalibrationSwitch Array of Phased Array Antenna.《2019 International Symposium on Antennasand Propagation (ISAP)》.2019,全文.

权利要求

1.一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，通过上位机向内置有FPGA软件的波控测试盒发送一帧自动校准指令；

步骤2，波控测试盒基于自动校准指令，自动生成天线所有通道的校准指令序列，并将校准指令序列按通道顺序依次下发给相控阵天线FPGA，完成全阵的接收校准或者发射校准；

步骤3，相控阵天线波控FPGA接收到波控测试盒下发的校准指令后，完成以下操作：a)全阵关断；

b)通过角度解算的方式，将最大衰减码写入所有通道，设置所有通道为最大衰减状态；

c）开启被校准通道对应最小加电单元的加电指令；

d)对指定通道置为对应的幅度和相位值；

步骤4，校准结束。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，其特征在于：步骤1中，一帧自动校准指令包括频点信息、收发校准信息、矢网LDAC延时时间、移相组数和每组移相的相位值。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，其特征在于：步骤2中，波控测试盒中，FPGA软件按频点0 F，通道0 N的顺序依次完成全阵的接收校准~ ~或者发射校准。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，其特征在于：FPGA软件完成一个通道校准需发送K+1帧数据，前K帧为幅相控制帧，第K+1帧为关电帧，帧指令间隔根据矢网反馈信号而定，FPGA帧指令间隔可达50us，其中K=移相组数*2。

说明书

一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法

技术领域

[0001] 本发明属于天线技术领域，具体是一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法。

背景技术

[0002] 相控阵天线的通道校准是相控阵天线测试中必不可少的一个步骤，正确完成通道校准是相控阵天线所有的功能和性能能正确实现的基础。现有技术中，一般采用如下方式进行实现：如附图1所示，当前相控阵天线的通道校准主要都是通过上位机下发相应指令到波控盒，波控盒生成指定的电平信号或指令转发到相控阵天线波控去完成校准，如图1所示，大致步骤如下：（1）上位机下发SWITCH波束切换指令至波控盒，生成SWITCH信号，并传输到相控阵天线波控FPGA；（2）相控阵天线依次下发所有通道的写幅相指令，波控盒转发到相控阵天线波控FPGA，将预校准通道最小加电单元所有通道打到最大衰减状态；（3）上位机下发加电指令，对被校准通道所在的最小加电单元进行加电；（4）上位机下发写幅相指令，间隔1毫秒下发二级时钟更新指令，将初始相位写入校准通道；（5）上位机下发写幅相指令，间隔1毫秒下发二级时钟更新指令，将初始相位+180°相位值写入校准通道，采集矢网数据得到补偿相位；（6）如果校准结果不符合要求，可以增加校准组数，将初始值设置为需要的相位值后，回到步骤（4），如果符合要求则进入步骤（7）；（7）上位机下发写幅相指令和二级时钟更新指令，将校准完成的通道置为最大衰减状态；（8）上位机下发关电指令，关电校准通道的加电使能信号；（9）如果所有通道完成校准，则进入步骤（10）；（10）如果通道未全部完成校准，则返回步骤（2）对下一个通道进行校准；如果所有频点所有通道均完成校准，天线的接收或者发射校准结束；如果频点未全部遍历，则返回步骤（9）对下一个频点的所有通道进行校准。上述系统中相控阵天线波控FPGA，搭载有相控阵天线波控软件/系统的FPGA，FPGA为现场可编程门阵列芯片。

[0003] 但目前相控阵天线校准时间较长，所占设备较多，尤其是在量产的项目中或者交付时间紧急的项目，如果能提高相控阵天线通道校准的速度，对整个项目有着重大的意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，以解决现有技术中相控阵天线校准时间较长，所占设备较多影响交付时间的问题。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

[0006] 一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，包括如下步骤：

[0007] 步骤1，通过上位机向内置有FPGA软件的波控测试盒发送一帧自动校准指令；

[0008] 步骤2，波控测试盒基于自动校准指令，自动生成天线所有通道的校准指令序列，并将校准指令帧按通道顺序依次下发给相控阵天线FPGA，完成全阵的接收校准或者发射校准；

[0009] 步骤3，相控制天线波控FPGA接收到波控测试盒下发的校准指令后，完成以下操作：a)全阵关断；b)通过角度解算的方式，将最大衰减码写入所有通道，设置所有通道为最大衰减状态；c）开启被校准通道对应最小加电单元的加电指令；d)对指定通道置为对应的幅度和相位值；

[0010] 步骤4，校准结束。

[0011] 进一步，步骤1中，一帧自动校准指令包括频点信息、收发信息、矢网LDAC延时时间、移相组数和每组移相的相位值。

[0012] 进一步，步骤2中，波控测试盒中，FPGA软件按频点0 F，通道0 N的顺序依次完成全~ ~阵的接收或者发射校准。

[0013] 进一步，FPGA软件完成一个通道校准需发送K+1帧数据，前K帧为幅相控制帧，第K+1帧为关电帧，帧指令间隔根据矢网反馈信号而定，FPGA帧指令间隔可达50us，其中K=移相组数*2。

[0014] 采用上述方案后实现了以下有益效果：（1）本方案通过FPGA软件自动轮巡代替上位机下发指令，上位机只需要发送很少量的帧指令即可完成相控阵天线的校准工作，几乎没有了指令传输的时间，大大缩短了相控阵天线通道校准时间。同时，本方案将指令分发放在波控盒FPGA软件和相控阵天线波控FPGA软件里，指令帧之间最小间隔时间由上位机的最低间隔1ms变为间隔50us 100us即可，这也进一步缩短了通道校准时间。~

[0015] 另外，上位机下发指令帧的精简，也简化了通道校准上位机软件及操作，释放了测试人员。

[0016] 测试时间的缩减，可以减少整个项目的交付时间，尤其是对于量产项目，有着重大的意义。

[0017] （2）与现有技术相比，上位机传输数据到FPGA的速率很慢，上位机中帧间隔最小也为1ms，但FPGA之间通过同步串口，传输速率可达100Mbps，同时FPGA软件中帧间隔时间可以到ns级别。通过波控盒FPGA软件和相控阵天线FPGA软件自动产生校准序列帧，可减少指令传输时间和间隔时间。

[0018] （3）简化上位机操作，缩短相控阵天线校准时间，从而缩短项目交付时间；同时也释放了校准场地和设备，节约了成本。

附图说明

[0019] 图1为现有技术流程示意图。

[0020] 图2为本发明实施例基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法的流程示意图。

[0021] 图3为本发明实施例波控盒产生指令序列示意图。

[0022] 图4为本发明实施例相控阵天线波控FPGA流程图。

具体实施方式

[0023] 下面通过具体实施方式进一步详细说明：

[0024] 本申请提供一种基于FPGA软件的相控阵天线通道快速校准的方法，基本如附图2所示，

[0025] 包括如下步骤：

[0026] 步骤1，上位机下发常低SWITCH指令到波控测试盒，波控测试盒解析后，将收发切换SWITCH电平信号发送至相控阵天线FPGA。

[0027] 步骤2，上位机发送一帧自动校准指令，等待所有通道所有频点完成接收校准，最后关断全阵即可，上位机发送到波控测试盒FPGA的一帧自动校准指令包括频点信息、收发信息、矢网LDAC延时时间、移相组数及每组移相的相位值。

[0028] 步骤3，测试盒FPGA软件自动产生校准序列帧，FPGA按频点0 10，通道0 767的顺序~ ~（被校准相控阵天线共11个频点，768个通道）依次完成全阵的接收校准，波控盒FPGA序列指令如图3所示。

[0029] FPGA完成一个通道校准需发送3帧数据，前2帧为幅相控制帧，第3帧为关电帧，帧指令间隔为50us，矢网超时为5ms）,移相组数为1组。

[0030] 步骤4，相控制天线波控FPGA收到波控测试盒下发的校准指令后，通过FPGA软件完成以下操作，如图4所示：

[0031] a)全阵关断；

[0032] b)通过角度解算的方式，将最大衰减码写入所有通道，设置所有通道为最大衰减状态；

[0033] c）开启被校准通道对应最小加电单元的加电指令；

[0034] 步骤5，接收校准结束。

[0035] 步骤6，外部发射校准相关连接完成后，上位机下发占空比20%，频率10KHz的SWITCH指令到波控测试盒，波控测试盒解析后，将收发切换SWITCH电平信号发送至相控阵天线FPGA。

[0036] 步骤7，按步骤2 步骤4执行，完成发射校准。~

[0037] 本实施例中，本方案通过FPGA软件自动轮巡代替上位机下发指令，上位机只需要发送几帧指令即可完成相控阵天线的校准工作，几乎没有了指令传输的时间，大大缩短了相控阵天线通道校准时间。同时，本方案将指令分发放在波控盒FPGA程序和相控阵天线波控FPGA程序里，指令帧之间最小间隔时间由上位机的间隔1ms变为间隔50us即可，这也进一步缩短了通道校准时间。即可以实现上位机发送无数条指令帧完成通道的校准。

[0038] 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。