CN109782077A - 波束测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种波束测试系统及方法。所述装置包括：包括受试装置、接收装置和同步装置；所述受试装置用于发射波束；所述接收装置与所述受试装置通讯连接，用于接收所述波束；所述同步装置与所述接收装置电连接，用于接收所述受试装置的同步信号，所述同步信号用于触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。采用本方法能够从正向的信号链路上直接测量空间合成波束，真实反映受试设备发射信号的波束形状，达到快速高效且直接的信号测试目的。该测试系统在测试直接性能上更加大胆，在接收设备的实时测试能力上有所突破，准确、直观、快捷、方便。

Description

波束测试系统及方法

技术领域

本申请涉及波束测试技术领域，特别是涉及一种波束测试系统及方法。

背景技术

随着波束测试技术的发展，出现了波束合成技术，通过天线技术与数字信号处理技术的结合，用于定向信号传输或接收。

现有技术中，波束方向性测试是根据收发互易原理，将被测系统的天线作为接收端放置于可旋转的转台，通过远场信号源发射信号，从接收通道的角度，反向测试天线或天线阵列的合成波束形状。

然而，目前的方法，存在局限性大等问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种波束测试系统及方法。

一种波束测试系统，所述系统包括：

受试装置、接收装置和同步装置；

所述受试装置用于发射波束；

所述接收装置与所述受试装置通讯连接，用于接收所述波束；

所述同步装置与所述接收装置电连接，用于接收所述受试装置的同步信号，所述同步信号用于触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

在其中一个实施例中，所述受试装置包括：

发射天线、传输电路和发射转台，所述发射天线设置于所述发射转台上，且与所述传输电路连接；

所述传输电路用于产生所述波束；

所述发射天线用于接收所述传输电路产生的波束，并发射所述波束；

所述发射转台用于转动所述发射天线。

在其中一个实施例中，所述同步装置包括：

同步信号接收单元和同步信号转换单元；

所述同步信号接收单元与同步信号转换单元通讯连接，用于接收所述同步信号并传输所述同步信号至同步信号转换单元；

所述同步信号转换单元用于对所述同步信号进行转换，得到数字信号输入所述接收装置。

在其中一个实施例中，所述接收装置包括：

接收天线、频谱仪和控制单元，所述接收天线与频谱仪电连接；

所述接收天线用于接收所述波束，并将所述波束传输至频谱仪；

所述频谱仪用于对所述波束进行处理，得到波形数据；

所述控制单元用于设置频谱仪参数，并对波形数据进行处理，得到所述波束的波形。

在其中一个实施例中，所述系统还包括显示装置；

所述显示装置用于对所述波束的所述波形进行显示。

在其中一个实施例中，所述频谱仪工作频率与所述同步信号频率相等。

在其中一个实施例中，所述频谱仪包括：

频谱仪信号接收单元、峰值采集单元和峰值传输单元；

所述频谱仪信号接收单元用于接收数字信号和所述波束；

峰值采集单元根据所述数字信号，采集所述波束的峰值，得到峰值数据；

峰值传输单元用于将所述峰值数据传输至控制单元。

一种波束测试方法，所述方法包括：

控制受试装置发射波束，并利用同步装置接收所述受试装置的同步信号；

通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

在其中一个实施例中，所述通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形包括：

控制所述受试装置中发射转台每周旋转时触发所述接收装置的起始时间，使每周的所述起始时间按照预设时间依次延时，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

在其中一个实施例中，所述通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形还包括：

控制接收装置中的频谱仪工作频率与所述同步信号频率相等；

若受试设备发射波束，所述同步信号则触发所述频谱仪接收波束并采集所述波束的峰值，得到峰值数据。

上述波束测试系统及方法，包括受试装置、接收装置和同步装置；所述受试装置用于发射波束；所述接收装置与所述受试装置通讯连接，用于接收所述波束；所述同步装置与所述接收装置电连接，用于接收所述受试装置的同步信号，所述同步信号用于触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。上述系统不再要求T/R收发信道的互易性，利用能量提取汇点成线的朴素方法，从正向的信号链路上直接测量空间合成波束，真实反映受试设备发射信号的波束形状，达到快速高效且直接的信号测试目的。该测试系统在测试直接性能上更加大胆，在接收设备的实时测试能力上有所突破，准确、直观、快捷、方便。

附图说明

图1为一个实施例中一种波束测试系统的结构示意图；

图2为一个实施例中发射装置10的结构示意图；

图3为一个实施例中同步装置30的结构示意图；

图4为一个实施例中接收装置20的结构示意图；

图5为一个实施例中频谱仪202的结构示意图；

图6为一个实施例中控制单元203的结构示意图；

图7为另一个实施例中一种波束测试系统的结构示意图；

图8为一个实施例中同步触发时序及其发射转台角度示意图；

图9为一个实施例中一种控制器控制方法的流程示意图；

图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

一种波束测试系统，参见图1，所述系统包括：

受试装置10、接收装置20和同步装置30；

所述受试装置10用于发射波束；

所述接收装置20与所述受试装置10通讯连接，用于接收所述波束；

所述同步装置30与所述接收装置20电连接，用于接收所述受试装置10的同步信号，所述同步信号用于触发所述接收装置20接收所述受试装置10发射的波束，得到所述波束的波形。

具体地，同步信号指给需要同步处理信息的机器设备提供相同时间参考的信号，即受试装置10的发射波束时的有效同步信号。同步信号的形式不作具体限定，可以是一个开关信号，也可以是一个连续脉冲。

该测试系统中，受试装置10发射的空间合成波束按一定的速率进行扫描，而接收装置20固定朝向进行能量提取，从相对运动的角度来解释，可认为是受试装置10的合成波束固定发射方向，而接收装置20围绕合成波束按一定的采样率进行采样。

此外，受试装置10与接收装置20的间距满足发射装置发射天线远场测试条件。

在其中一个实施例中，参见图2，所述受试装置10包括：

发射天线101、传输电路102和发射转台103，所述发射天线101设置于所述发射转台103上，且与所述传输电路102连接；

所述传输电路102用于产生所述波束；

所述发射天线101用于接收所述传输电路102产生的波束，并发射所述波束；

所述发射转台103用于转动所述发射天线101。

具体地，传输电路102设置于发射天线101前端，发射天线101的另一端设置于发射转台103上。发射转台103的运动方式指以一定的速度进行一定角度的旋转，可以30秒/圈的速度进行360度旋转，或以50秒/圈的速度进行180度顺时针/逆时针旋转等。传输电路102至少包括T/R电路。

在其中一个实施例中，参见图3，所述同步装置30包括：

同步信号接收单元301和同步信号转换单元302；

所述同步信号接收单元301与同步信号转换单元302通讯连接，用于接收所述同步信号并传输所述同步信号至同步信号转换单元302；

所述同步信号转换单元302用于对所述同步信号进行转换，得到数字信号输入所述接收装置20。

具体地，同步信号转换单元302指对接收到的信号进行转化为接收装置20可接受的接口信号形式。本申请中同步信号为差分同步信号，同步信号转换装置将差分信号转化为单端信号并进行去抖动处理，最后以接收装置20可接受的信号电平形式输出给接收装置20。

同步信号接收单元301和同步信号转换单元302通讯连接，可为有线或无线方式，至少包括线缆、天线以及任意一种信号传输设备，其中，线缆采用军用备复线，长度110米，以确保远距离低失真的传输。

在其中一个实施例中，参见图4，所述接收装置20包括：

接收天线201、频谱仪202和控制单元203，所述接收天线201与频谱仪202电连接；

所述接收天线201用于接收所述波束，并将所述波束传输至频谱仪202；

所述频谱仪202用于对所述波束进行处理，得到波形数据；

所述控制单元203用于设置频谱仪参数，并对波形数据进行处理，得到所述波束的波形。

具体地，接收天线201具有窄波束方向特性，并进行标定后固定朝向水平方向某一合适接收方位，接收天线201将信号通过同轴线缆连接至频谱仪202。频谱仪202调至外同步触发模式，通过控制单元203设置成一种时域信号扫描状态。

控制单元203还对所述实时数据进行记录，将接收到峰值数据进行序列处理，再通过描点获得曲线即为实际发射的合成波束形状。此外，控制单元203还对合成波束通过有线或无线等通讯方式将获得的波束进行显示。

在其中一个实施例中，所述系统还包括显示装置40；

所述显示装置40用于对所述波束的所述波形进行显示。

具体地，显示装置40指任意具有显示功能的终端，以直角坐标或极坐标方式呈现波束形状。其中，所述终端不限于个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。

在其中一个实施例中，所述频谱仪工作频率与所述同步信号频率相等。

具体地，本申请将频谱仪202工作频率与所述同步信号频率设置相等，接收装置20接收一次同步信号，那么频谱仪202在接收天线201的朝向上对空间辐射波束进行一次峰值采集，即同步信号的频率决定了接收装置20进行其波束合成的维度扫描范围内接收装置20对空间辐射波束的峰值采集次数。

在其中一个实施例中，参见图5，所述频谱仪202包括：

频谱仪信号接收单元2021、峰值采集单元2022和峰值传输单元2023；

所述频谱仪信号接收单元2021用于接收数字信号和所述波束；

峰值采集单元2022根据所述数字信号，采集所述波束的峰值，得到峰值数据；

峰值传输单元2023用于将所述峰值数据传输至控制器。

具体地，峰值指在所考虑的时间间隔内,变化的电流、电压、波形等的最大瞬间值。峰值采集单元2032用于采集波束的峰值，例波束为正弦波，那么峰值为正弦波的最高点的数值。

在其中一个实施例中，参见图6，所述控制单元203包括：

数据接收单元2031，用于接收所述频谱仪202采集的峰值数据；

数据处理单元2032，用于对所述峰值数据进行处理，获得波束波形图。

具体地，频谱仪202采集的峰值数据均为离散的点，需要根据时间对这些离散的点进行描点，输出波束波形图，以还原波束。

上述波束测试系统及方法，包括受试装置、接收装置和同步装置；所述受试装置用于发射波束；所述接收装置与所述受试装置通讯连接，用于接收所述波束；所述同步装置与所述接收装置电连接，用于接收所述受试装置的同步信号，所述同步信号用于触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。上述系统不再要求T/R收发信道的互易性，利用能量提取汇点成线的朴素方法，从正向的信号链路上直接测量空间合成波束，真实反映受试设备发射信号的波束形状，达到快速高效且直接的信号测试目的。该测试系统在测试直接性能上更加大胆，在接收设备的实时测试能力上有所突破，准确、直观、快捷、方便。

在其中一个实施例中，以脉冲调制的周扫天线雷达发射波束为例，测试系统框图如图7。发射装置10产生同步触发信号，其发射转台103可进行360度匀速旋转，在同步信号的触发下，在水平方位上进行波束扫描。

发射装置10与接收装置20的间距满足发射装置10发射天线101远场测试条件，实测系统中两者相距约d＝100米(d＝2D²/λ，其中D为被测天线的有效尺寸,λ为工作波长)。接收装置20由接收天线201、频谱仪203等组成。接收天线201具有窄波束方向特性，并进行标定后固定朝向水平方向某一合适接收方位，接收天线201将信号通过同轴线缆连接至频谱仪203。

频谱仪203型号为安捷伦公司的E4440A，测试中将频谱仪203调至外同步触发模式。发射装置10的同步信号形式为差分信号，收发之间的同步线缆采用军用备复线，长度110米，以确保远距离低失真的传输。同步装置30接收发射装置10的差分同步信号，将差分信号转化为单端信号并进行去抖动处理，最后以接收装置20可接受的信号电平形式输出给接收装置20。

显控软件设置频谱仪203工作状态，使其处于一种时域信号扫描模式。当发射装置10发射端在水平方位上进行波束扫描时，接收装置20每接收一次同步触发信号，显控软件便可控制频谱仪203在接收天线201的朝向上对空间辐射波束进行一次峰值采集，并实时保存数据。最后当发射装置10的波束扫描完毕，显控软件对数据进行处理，以直角坐标方式对空间辐射波束的能量汇点成线从而还原波束形状。

接收装置20对空间辐射波束在接收方向上的能量峰值采集可以理解为对辐射波束在时域上进行“等间隔采样”。发射装置10发射端旋转一周时，接收装置20对空间辐射波束的采样次数由同步触发信号的频率决定。每个同步触发下雷达的发射波束对应的发射转台103旋转角度不同，那么对已经固定朝向的接收天线201来说，相当于以一定的采样率遍历辐射波束进行采样。

若测试时要求对辐射波束有很高的采样率，为保证频谱仪203在时间扫描信号模式下标定峰值的精确度，给频谱仪203预留可靠的反映时间，可以采取发射端进行多周扫描的方案。如图8所示，发射装置10发射端每旋转一圈发射n个同步触发信号，即接收设备一圈对辐射波束采样n点。发射装置10发射端总共旋转m圈，每圈同步触发信号的起始触发时间较上一圈依次延时t_d，那么m圈接收设备对辐射波束的总采样点数为L＝n*m。

假设发射装置10旋转第一圈，接收装置20对辐射波束的峰值采集序列为：

则发射装置10旋转m圈，接收装置20对辐射波束的峰值采集可以组成如下的矩阵：

将矩阵所有元素按列方向顺序描点得到的即为测得的发射装置10空间辐射波束形状。

本申请的测试系统在实际测试时即采取了多周扫描的测试方案。测试系统需要对发射装置10辐射波束进行L＝512点采样，设计发射装置10每旋转一周产生同步触发信号64次，即每旋转一周接收装置20可采样64点，则总共需要进行m＝512/64＝8周旋转发射。每周旋转发射时同步触发的频率不变，但起始时间依次进行延时，相当于对第一圈的结果进行7次插值补点。最后将所有采样点序列处理后描点所得曲线即为实际发射的合成波束形状。

在一个实施例中，如图9所示，提供了一种波束测试方法，包括以下步骤：

步骤S1：控制受试装置发射波束，并利用同步装置接收所述受试装置的同步信号；

步骤S2：通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

具体地，波束是通过T/R电路获取，波束的类型布局图限定，至少包括点形波束、赋形波束等。合成的波束以波形图的方式进行显示，其中，波形图为彩色或黑白色。

在其中一个实施例中，所述步骤S2包括：

步骤S21：控制所述受试装置中发射转台每周旋转时触发所述接收装置的起始时间，使每周的所述起始时间按照预设时间依次延时，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

具体地，预设时间指发射转台旋转一周后停止转动的时间。设发射转台旋转第一圈的起始时间为9：00，而发射转台旋转一圈时间为2分钟，预设时间为3分钟，那么发射转台转第二圈的起始时间为9：05，那么发射转台转第三圈的起始时间为9：10，以此类推。

在其中一个实施例中，所述步骤S2还包括：

步骤S22：控制接收装置中的频谱仪工作频率与所述同步信号频率相等；

步骤S23：若受试设备发射波束，所述同步信号则触发所述频谱仪接收波束并采集所述波束的峰值，得到峰值数据。

具体地，受试设备每发射一次波束，频谱仪即对接收到的波束进行一次峰值采集，并将峰值数据进行存储，以备后续处理，若持续未检测到所述同步信号，则进入等待状态。

上述控制器控制方法，控制受试装置发射波束，并利用同步装置接收所述受试装置的同步信号；通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。通过触发信号，直接获取波束数据，利用能量提取汇点成线的朴素方法，从正向的信号链路上直接测量空间合成波束，真实反映受试设备发射信号的波束形状，达到快速高效且直接的信号测试目的。

应该理解的是，虽然图9的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图9中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储控制器控制数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种控制器控制方法。

本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种波束测试系统，其特征在于，所述系统包括：

受试装置、接收装置和同步装置；

所述受试装置用于发射波束；

所述接收装置与所述受试装置通讯连接，用于接收所述波束；

所述同步装置与所述接收装置电连接，用于接收所述受试装置的同步信号，所述同步信号用于触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述受试装置包括：

发射天线、传输电路和发射转台，所述发射天线设置于所述发射转台上，且与所述传输电路连接；

所述传输电路用于产生所述波束；

所述发射天线用于接收所述传输电路产生的波束，并发射所述波束；

所述发射转台用于转动所述发射天线。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述同步装置包括：

同步信号接收单元和同步信号转换单元；

所述同步信号接收单元与同步信号转换单元通讯连接，用于接收所述同步信号并传输所述同步信号至同步信号转换单元；

所述同步信号转换单元用于对所述同步信号进行转换，得到数字信号输入所述接收装置。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述接收装置包括：

接收天线、频谱仪和控制单元，所述接收天线与频谱仪电连接；

所述接收天线用于接收所述波束，并将所述波束传输至频谱仪；

所述频谱仪用于对所述波束进行处理，得到波形数据；

所述控制单元用于设置频谱仪参数，并对波形数据进行处理，得到所述波束的波形。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括显示装置；

所述显示装置用于对所述波束的所述波形进行显示。

6.根据权利要求3-4中任一项所述系统，其特征在于，所述频谱仪工作频率与所述同步信号频率相等。

7.根据权利要求4所述系统，其特征在于，所述频谱仪包括：

频谱仪信号接收单元、峰值采集单元和峰值传输单元；

所述频谱仪信号接收单元用于接收数字信号和所述波束；

峰值采集单元根据所述数字信号，采集所述波束的峰值，得到峰值数据；

峰值传输单元用于将所述峰值数据传输至控制单元。

8.一种波束测试方法，其特征在于，所述方法包括：

控制受试装置发射波束，并利用同步装置接收所述受试装置的同步信号；

通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形包括：

控制所述受试装置中发射转台每周旋转时触发所述接收装置的起始时间，使每周的所述起始时间按照预设时间依次延时，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形。

10.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述通过接收装置接收所述同步信号，以触发所述接收装置接收所述受试装置发射的波束，得到所述波束的波形还包括：

控制接收装置中的频谱仪工作频率与所述同步信号频率相等；

若受试设备发射波束，所述同步信号则触发所述频谱仪接收波束并采集所述波束的峰值，得到峰值数据。