一种用于机载/航天主动电子扫描天线阵列的即时校准方法

《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》：An On-the-Fly Calibration Method for Air/Spaceborne Active Electronically Scanned Antenna Arrays

研究提出基于地形特征的分布式目标合成孔径雷达（SAR）成像方法，用于校正机载宽频带16元素有源电子扫描阵列（AESA）的收发元素激励幅相误差，有效解决传统校准需远场设备、额外硬件或特定结构的限制，在动态环境及结构形变条件下验证了方法的有效性和鲁棒性。

　　

摘要：

大型扫描天线阵列需要定期进行校准，以修正激励幅度和相位中的误差，因为这些误差会降低性能。为了调整复杂的激励信号以纠正这些误差，必须有一种准确的方法来确定存在的误差。常见的校准方法需要使用远场校准目标或传感器、额外的硬件（如近场传感器或自采样电路），或者仅适用于特定的阵列配置。对于安装在飞机和航天器上的天线阵列来说，这些要求很难满足，因为这些设备在运行过程中无法轻易访问，或者在瞬态条件下工作。如果运行条件变化迅速，可用的校准类型也会减少。这可能是由于温度变化、电子元件老化、波动或阵列结构变形等原因造成的。在之前的研究中，我们展示了如何利用合成孔径雷达（SAR）成像技术，通过分布式目标来确定接收天线对中元件间信道不平衡的变化。本文报告了将这一方法扩展到我们制造的具有发射和接收功能的高级宽带16元主动电子扫描阵列（AESA）的校准过程。研究了几种重要场景，结果表明所提出的方法在机载环境中是可行且具有鲁棒性的。这些场景包括对发射和接收阵列元件的校准，涵盖了不同的信噪比（SNR）范围，以及由于阵列结构变形导致的元件位置不确定性。

引言

随着天线阵列设计的复杂性和应用领域的日益精细，对于实用、快速、按需且准确的校准方法的需求也在不断增加，这些方法能够检测并纠正激励幅度和相位中的误差。根据系统及其应用的不同，某些限制可能会使得之前开发的校准程序无法使用，从而进一步凸显了新方法的需求。这些限制情况包括：需要修改硬件以容纳诊断通道、加入诊断天线元件或近场探头、依赖远场中的天线或点目标、对特定阵列几何形状的约束，或者依赖预校准程序和查找表。