CN103558591A - 星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法 - Google Patents

星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，包含：1、装配地面测试设备；2、微波雷达进行偏移量跟踪模式；3、控制雷达以相应的搜索中心、搜索范围开始搜索；4、雷达反馈的角度值处于有目标回波信号区域内时，产生模拟目标回波信号输出至微波雷达；5、测算方位跟踪角速度和俯仰跟踪角速度；6、所得方位跟踪角速度和俯仰跟踪角速度预设给微波雷达；7、驱动雷达以所得方位跟踪角速度和俯仰跟踪角速度运动；8、雷达机构运动到目标角度处停止运动，实现目标角度的稳定跟踪。本发明实现微波雷达在非暗室条件下性能的可测性，且能够考察机构和驱动机构控制器闭环的闭环跟踪能力，缩短测试时间，降低测试复杂度，增强测试全面性。

Description

星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法
技术领域
本发明涉及星载微波雷达地面测试验证领域和雷达仿真测试设备领域，具体涉及一种星载微波雷达非暗室条件下的地面测试验证方法。
背景技术
星载微波雷达系统作为一个测量任务载荷，其作用是在轨对目标进行全时段自主搜索、捕获和跟踪测量，提供目标与本星的相对距离、方位视线角、高低视线角、相对距离变化率、方位视线角速度、高低视线角速度等数据。星载微波雷达系统一般由信号收发处理组件（包括中频接收机、微波源/固态功放、数字信号处理机、二次电源）、环行器、高频接收前端、天线、机构、驱动机构控制器等部分组成。
目前微波雷达系统的地面测试验证是通过地面测试设备完成的，地面测试设备主要包括中频模拟源、高频模拟源、地面测试主机和地测软件。微波雷达系统的地面测试验证主要分成系统研制阶段的测试验证和系统交付后参与GNC系统及整星试验时的测试验证。目前，系统研制阶段的测试验证一般是在微波暗室进行的，需要将微波雷达系统的每个部件拆开，由调试实验室搬运至微波暗室，将系统搭建起来，再进行微波雷达系统的测试验证。整个拆、运、搭过程费时费力，且很容易由于人为原因使微波雷达系统部件发生损坏。系统交付GNC系统及整星后，将参与各项实验，实验过程中要对雷达进行性能测试，现有的性能测试方法一般是采用地面测试设备中的中频信号源，产生三路中频信号直接接入信号收发处理组件的三路中频信号输入端进行微波雷达的性能测试，这种测试方法只能考察到信号收发处理组件的性能，无法考察微波雷达高频接收前端、环行器和固态功放的性能以及机构、驱动机构控制器的闭环跟踪性能。
发明内容
本发明提供一种星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，解决了暗室条件下微波雷达系统测试的复杂性和非暗室条件下原有测试方法对微波雷达系统测试的不全面性。
为实现上述目的，本发明提供一种星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，该微波雷达包含：微波雷达天线，与微波雷达天线连接的高频接收前端，与高频接收前端连接的微波雷达收发处理组件，与微波雷达收发处理组件通讯连接的驱动机构控制器，与驱动机构控制器通讯连接的机构；
其特点是，该方法包含以下步骤：
步骤1、装配地面测试设备；地面测试设备包含：地面测试主机、卫星姿态与轨道控制转发计算机和微波雷达高频源；地面测试主机通过地测通信接口连接微波雷达收发处理组件，通过模拟源通信接口连接微波雷达高频源，并且通讯连接卫星姿态与轨道控制转发计算机；微波雷达高频源连接微波雷达天线的导频口；
步骤2、非暗室条件下，地面测试主机发送偏移量跟踪指令，使微波雷达工作于偏移量跟踪模式，并实时接收微波雷达反馈的当前机构角度值；
步骤3、微波雷达收发处理组件向驱动机构控制器发送一次搜索指令，并设定搜索中心，搜索范围，驱动机构控制器控制机构以相应的搜索中心、搜索范围开始搜索；
步骤4、地面测试主机由卫星姿态与轨道控制转发计算机获得目标信息，判断机构反馈的角度值是否处于卫星姿态与轨道控制转发计算机预设的有目标回波信号区域内，若是，则跳转到步骤4.1，若否，则机构进行搜索，并跳转到步骤4；
步骤4.1、微波雷达高频源产生模拟的目标回波信号输出至微波雷达天线的导频口，经过微波雷达天线和差网络、高频接收前端变成和、方位、俯仰三路中频信号送入到微波雷达收发处理组件，跳转到步骤5；
步骤5、机构处于有目标回波信号区域内，地面测试主机开始以通信周期T为周期不断测算方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ；
步骤6、当微波雷达根据目标回波信号捕获并跟踪目标后，地面测试主机不断将周期实时测算得出的方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ预设给微波雷达收发处理组件；
步骤7、微波雷达收发处理组件给驱动机构控制器发送跟踪指令，并将地面测试主机预设的方位跟踪角速度Zα、俯仰跟踪角速度Zβ发送给驱动机构控制器，驱动机构控制器控制机构以该角速度运动，同时驱动机构控制器反馈机构角度信息至微波雷达收发处理组件；
步骤8、微波雷达收发处理组件判断机构是否运动到目标角度处，若是，则方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ为零，机构停止运动，进而实现了目标角度的稳定跟踪，若否，则控制机构继续运动跳转到步骤7。
上述步骤2中，地面测试主机按一定的周期给微波雷达收发处理组件发送偏移量跟踪模式指令；在第1个偏移量跟踪模式指令发送后，微波雷达收发处理组件就进入了偏移量跟踪模式，其后的偏移量跟踪模式指令是为了将地面测试主机以周期T实时测算得到的方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ预设到微波雷达收发处理组件中。
上述步骤4中，地面测试主机由卫星姿态与轨道控制转发计算机获得目标信息包含：目标距离、速度、当前机构反馈方位角为α2、当前机构反馈俯仰角为β2、目标方位角α1、目标俯仰角β1、以坐标（α1，β1）为中心的目标信号方位角度范围绝对值θ1、以坐标（α1，β1）为中心的目标信号俯仰角度范围绝对值θ2。
上述步骤5中，地面测试主机根据式测算获取方位跟踪角速度Zα如下：
                                                                       
Figure 62342DEST_PATH_IMAGE001
                      （1）
其中，
Figure 2013105785189100002DEST_PATH_IMAGE002
；
若α1=α2，则Zα=0。
上述步骤5中，地面测试主机（2）根据式（2）测算获取俯仰跟踪角速度Zβ如下：
Figure 323559DEST_PATH_IMAGE003
                      （2）
其中，；
若β1=β2，则Zβ=0。
本发明星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法和现有技术微波雷达的测试验证相比，其优点在于，本发明在非暗室条件下，可以测试天线微波和差网络、高频接收前端功能，包括强信号限幅，弱信号低噪放大及微波信号下变频预放大等功能；可以测试机构、驱动机构控制器的闭环跟踪性能；解决了在GNC分系统、整星测试厂房对微波雷达的测试覆盖性问题，简单可靠；
本发明可以有效地用于测试微波雷达的目标捕获性能、测距精度、测速精度等性能指标测试，实现了微波雷达系统在非暗室条件下性能的可测，且能够在非暗室条件下考察机构和驱动机构控制器闭环的闭环跟踪能力，缩短了测试时间，降低了测试复杂度，增强了测试的全面性。
附图说明
图1为本发明星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法的方法流程图；
图2为本发明星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法中测试连接示意图；
图3为本发明星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法中偏移量跟踪模式下高频信号源信号输出角度范围示意图。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
如图1所示，本发明公开一种星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，该方法包含以下步骤：
步骤1、微波雷达与地面测试设备的装配连接。
如图2所示，微波雷达包含：微波雷达天线3，与微波雷达天线3通讯连接的微波雷达收发处理组件1，与微波雷达收发处理组件1通讯连接的驱动机构控制器5，与驱动机构控制器通讯连接的机构6。
地面测试设备包含：地面测试主机2、卫星姿态与轨道控制转发计算机7和微波雷达高频源4，本实施例中卫星姿态与轨道控制转发计算机7可采用GNC（Guidance Navigation & Control）转发计算机。
地面测试主机2通过地测通信接口连接微波雷达收发处理组件1，地面测试主机2还通过TCP/IP协议与GNC转发计算机（卫星姿态与轨道控制转发计算机7）通信。
地面测试主机2还通过模拟源通信接口连接微波雷达高频源4，控制微波雷达高频源4输出模拟的高频目标回波信号，微波雷达高频源4输出的目标回波信号通过高频电缆接入微波雷达天线3的导频口。
高频目标回波信号经过天线微波和差网络、高频接收前端变成和、方位、俯仰三路中频信号送入到微波雷达收发处理组件1。微波雷达收发处理组件1与驱动机构控制器5通信，发送指令给驱动机构控制器5并接收其返回的机构6角度信息。驱动机构控制器5接收微波雷达系统指令，控制机构6运动并反馈方位角、俯仰角信息给微波雷达。
步骤2、微波雷达收发处理组件1中设置偏移量跟踪模式，地面测试主机2的地测软件中设定一种偏移量跟踪指令。
测试前，微波雷达设定为待机状态。测试时，在非暗室条件下，地面测试主机2发送偏移量跟踪指令，使微波雷达工作于偏移量跟踪模式，并实时接收微波雷达反馈的当前机构6角度值。
地面测试主机2按一定的周期T给微波雷达收发处理组件1发送偏移量跟踪模式指令。在第1个偏移量跟踪模式指令发送后，微波雷达收发处理组件1就进入了偏移量跟踪模式，其后的偏移量跟踪模式指令是为了将地面测试主机2以周期T实时测算得到的方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ预设到微波雷达收发处理组件1中。
步骤3、微波雷达收发处理组件1向驱动机构控制器5发送一次搜索指令，并设定搜索中心，搜索范围，驱动机构控制器5控制机构6以相应的搜索中心、搜索范围开始搜索。
步骤4、地面测试主机2由卫星姿态与轨道控制转发计算机7获得目标信息，判断机构6反馈的角度值是否处于卫星姿态与轨道控制转发计算机7预设的有目标回波信号区域内，若是，则跳转到步骤4.1，若否，则机构6继续进行搜索，并跳转到步骤4。
如图3所示，为目标回波信号区域。地面测试主机2由卫星姿态与轨道控制转发计算机7获得目标信息包含：目标距离、速度、当前机构反馈方位角为α2、当前机构反馈俯仰角为β2、目标方位角α1、目标俯仰角β1、以角度（α1，β1）为中心的目标信号方位角度范围绝对值θ1、以角度（α1，β1）为中心的目标信号俯仰角度范围绝对值θ2。
步骤4.1、微波雷达高频源4产生模拟的目标回波信号输出至微波雷达天线3的导频口，经过微波雷达天线3和差网络、高频接收前端变成和、方位、俯仰三路中频信号送入到微波雷达收发处理组件1，跳转到步骤5。
步骤5、机构6处于有目标回波信号区域内，地面测试主机2开始以通信周期T为周期不断测算方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ。
地面测试主机2根据式（1）测算获取方位跟踪角速度Zα如下：
                        
Figure 117072DEST_PATH_IMAGE001
                      （1）
其中，
Figure 110436DEST_PATH_IMAGE002
；
若α1=α2，则Zα=0。
地面测试主机2根据式（2）测算获取俯仰跟踪角速度Zβ如下：
Figure 431476DEST_PATH_IMAGE003
                      （2）
其中，
Figure 2013105785189100002DEST_PATH_IMAGE005
；
若β1=β2，则Zβ=0。
步骤6、当微波雷达根据目标回波信号捕获并跟踪目标后，地面测试主机2不断将周期实时测算得出的方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ预设给微波雷达收发处理组件1。
步骤7、微波雷达收发处理组件1给驱动机构控制器5发送跟踪指令，并将地面测试主机2预设的方位跟踪角速度Zα、俯仰跟踪角速度Zβ发送给驱动机构控制器5，驱动机构控制器5控制机构6以该角速度运动，同时驱动机构控制器5反馈机构6角度信息至微波雷达收发处理组件1。
步骤8、随着机构6反馈角度值以T为周期不断变化，地面测试主机2测算出方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ也以T为周期不断变化且发送给机构6。
微波雷达收发处理组件1判断机构6是否运动到目标角度（α1，β1）处，若是，则方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ为零，机构6停止运动，进而实现了目标角度的稳定跟踪，若否，则控制机构（6）继续运动，跳转到步骤7。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，该微波雷达包含：微波雷达天线（3），与所述微波雷达天线（3）连接的高频接收前端（8）、与高频接收前端（8）连接的微波雷达收发处理组件（1），与所述微波雷达收发处理组件（1）通讯连接的驱动机构控制器（5），与所述驱动机构控制器通讯连接的机构（6）；
其特征在于，该方法包含以下步骤：
步骤1、装配地面测试设备；地面测试设备包含：地面测试主机（2）、卫星姿态与轨道控制转发计算机（7）和微波雷达高频源（4）；所述地面测试主机（2）通过地测通信接口连接微波雷达收发处理组件（1），通过模拟源通信接口连接微波雷达高频源（4），并且通讯连接所述卫星姿态与轨道控制转发计算机（7）；微波雷达高频源（4）连接微波雷达天线（3）的导频口；
步骤2、非暗室条件下，地面测试主机（2）发送偏移量跟踪指令，使微波雷达工作于偏移量跟踪模式，并实时接收微波雷达反馈的当前机构（6）角度值；
步骤3、微波雷达收发处理组件（1）向驱动机构控制器（5）发送一次搜索指令，并设定搜索中心，搜索范围，驱动机构控制器（5）控制机构（6）以相应的搜索中心、搜索范围开始搜索；
步骤4、地面测试主机（2）由卫星姿态与轨道控制转发计算机（7）获得目标信息，判断机构（6）反馈的角度值是否处于卫星姿态与轨道控制转发计算机（7）预设的有目标回波信号区域内，若是，则跳转到步骤4.1，若否，则机构（6）进行搜索，并跳转到步骤4；
步骤4.1、微波雷达高频源（4）产生模拟的目标回波信号输出至微波雷达天线（3）的导频口，经过微波雷达天线（3）和差网络、高频接收前端变成和、方位、俯仰三路中频信号送入到微波雷达收发处理组件（1），跳转到步骤5；
步骤5、机构（6）处于有目标回波信号区域内，地面测试主机（2）开始以通信周期T为周期不断测算方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ；
步骤6、当微波雷达根据目标回波信号捕获并跟踪目标后，地面测试主机（2）不断将周期实时测算得出的方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ预设给微波雷达收发处理组件（1）；
步骤7、微波雷达收发处理组件（1）给驱动机构控制器（5）发送跟踪指令，并将地面测试主机（2）预设的方位跟踪角速度Zα、俯仰跟踪角速度Zβ发送给驱动机构控制器（5），驱动机构控制器（5）控制机构（6）以该角速度运动，同时驱动机构控制器（5）反馈机构（6）角度信息至微波雷达收发处理组件（1）；
步骤8、微波雷达收发处理组件（1）判断机构（6）是否运动到目标角度处，若是，方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ为零，则控制机构（6）停止运动，进而实现目标角度的稳定跟踪，若否，则控制机构（6）继续运动跳转到步骤7。
2.如权利要求1所述的星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，其特征在于，所述步骤2中，地面测试主机（2）按一定的周期给微波雷达收发处理组件（1）发送偏移量跟踪模式指令；在第1个偏移量跟踪模式指令发送后，微波雷达收发处理组件（1）就进入了偏移量跟踪模式，其后的偏移量跟踪模式指令是为了将地面测试主机（2）以周期T实时测算得到的方位跟踪角速度Zα和俯仰跟踪角速度Zβ预设到微波雷达收发处理组件（1）中。
3.如权利要求1所述的星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，其特征在于，所述步骤4中，地面测试主机（2）由卫星姿态与轨道控制转发计算机（7）获得目标信息包含：目标距离、速度、当前机构反馈方位角α2、当前机构反馈俯仰角β2、目标方位角α1、目标俯仰角β1、以角度（α1，β1）为中心的目标信号方位角度范围绝对值θ1、以角度（α1，β1）为中心的目标信号俯仰角度范围绝对值θ2。
4.如权利要求3所述的星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，其特征在于，所述步骤5中，地面测试主机（2）根据式（1）测算获取方位跟踪角速度Zα如下：
                                                                       
Figure 2013105785189100001DEST_PATH_IMAGE001
                      （1）
其中，
Figure 320014DEST_PATH_IMAGE002
；
若α1=α2，则Zα=0。
5.如权利要求3所述的星载微波雷达非暗室条件下的地面测试方法，其特征在于，所述步骤5中，地面测试主机（2）根据式（2）测算获取俯仰跟踪角速度Zβ如下：
Figure 2013105785189100001DEST_PATH_IMAGE003
                      （2）
其中，
Figure 204794DEST_PATH_IMAGE004
；
若β1=β2，则Zβ=0。
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