应用于天线测量的实时硬件相关处理机设计

天线的指向测量和面形测量对于航天工程和深空探测具有重要意义，而相关机是天线指向精度测量最主要的设备之一。本文设计了一套适用于天线指向和面形测量的高性能实时硬件相关机，与常规的相关机相比，它实现了整数比特和小数比特补偿，同时实现了条纹旋转，用于补偿几何延迟和多普勒频率偏差，具有高比特采样量化能力，可以同时兼顾卫星信号和射电源信号作为测量信号输入，适用于多通道干涉测量天线指向和面形误差。干涉法测量天线指向偏差，相比于单天线测量，可以提高检测灵敏度，增加可检测源的数量。本文通过对该相关机进行理论研究与分析，建立了硬件相关机模型，对相关机的整数和小数比特时延补偿、条纹旋转、积分四个主要模块的功能进行仿真测试，仿真结果与理论值之间具有很好的一致性，充分验证了该硬件相关处理机设计的正确性。

大型射电天线在我国的嫦娥探月工程、火星探测及其它深空探测工程的应用中做出重大贡献。越大的口径意味着更窄的波束，对指向精度也提出了更高的要求，因此，研究和改进射电天线的指向测量方法具有重要的科学意义和应用价值[1] [2] [3]。

目前大型射电天线指向测量的常用方法有工业测量法和射电法，传统的工业测量法虽然在一定程度上能够满足精度要求，但存在调整过程繁琐、响应速度慢、易受环境因素影响等缺点[4]。目前射电法是使用功率计进行射电源的总功率检测或单天线自相关的方式进行数字域的频谱分析，进而对射电源进行偏差检测。在一定程度上能够满足精度要求，缺点是检测的射电源必须为强射电源，即流量密度必须较高，观测中才能被识别和测量。

本文使用双天线干涉法，用双天线互相关的方式进行数字域的频谱分析，从而对射电源进行偏差检测。不仅同时兼顾卫星信号和射电源信号作为测量信号输入，适用于多通道干涉测量天线指向和面形误差。而且相比于传统的功率计和单天线测量，可以提高检测灵敏度，增加可检测源的数量。而相关机是干涉法中最重要的部分，相关机性能好坏不但直接影响天线测量的稳定性和准确性，还对提高测量精度至关重要[4] [5] [6]。为了提高天线指向和面形测量精度，对相关机的原理进行了研究，基于当前天文领域应用较为广泛的ROACH2 硬件开发平台，进行高性能实时相关机的研究[7] [8]。

干涉法进行天线指向测量时，需要有两个天线，分别为被测天线和参考天线，观测时两天线同时接