CN106932655B - 一种有源sar天线工作状态测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种有源SAR天线工作状态测试系统及测试方法，设备包括电流采集设备与记录分析显示设备；电流采集设备获取有源SAR天线供电母线的电流信息，并送给记录分析显示设备；记录分析显示设备接收电流信息，经AD采样记录后，进行分析处理并显示，完成有源SAR天线工作状态测试；通过本发明能获得可靠的天线工作历程测试、天线工作用电浪涌峰值测试以及天线重频特性测试结果。从而方便、快捷地掌握有源SAR天线的工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种有源SAR天线工作状态测试系统及测试方法，属于雷达天线测试技术领域。
背景技术
有源SAR天线是一种能够用于对地面成像的载荷，一般运行在航天器平台上或航空器平台上。安装在航天器或航空器上的有源SAR天线利用合成孔径雷达成像原理，可以全天时全天候获取地表图像信息。有源SAR天线与无源SAR天线相对应，内部除SAR天线本体外，还包括有电源供电设备。
有源SAR天线具有高功耗，脉冲型负载等特点。有源SAR天线的典型工作状态分为关机态、负载态、发射态与接收态，不同的工作状态下的功耗不同。发射态功耗最大，接收态次之，负载态再次之，关机态功耗最小。
有源SAR天线的典型工作历程包括SAR天线从关机转变待机，再转变为成像前定标工作，再转变为成像工作、再转变为成像后定标工作、随后回到待机、最后关机。
有源SAR天线关机时处于关机态，待机时处于负载态，成像前定标工作时按照定标方式处于发射态、接收态或发射接收态的交替状态下，成像工作时处于发射接收态的交替状态下，成像后定标工作时按照定标方式处于发射态、接收态或发射接收态的交替状态下。
由于有源SAR天线不同的工作状态具有不同的功耗，体现出的用电电流不同，因此可以通过用电电流反推有源SAR天线的工作状态。进而由于有源SAR天线的工作历程可归纳为有源SAR天线一系列工作状态的变化过程，因此用电电流的变化过程能够反应出有源SAR天线的工作历程。
现有的有源SAR天线测试方法一般基于无线射频方式。通过对天线辐射出的微波信号功率、频率、相位等进行分析，获取有源SAR天线的指标。
有关有源SAR天线工作状态的测试项目主要包括天线工作历程测试、天线工作用电浪涌峰值测试以及天线重频特性测试。天线工作历程测试可验证天线工作状态是否正常；天线工作用电浪涌峰值测试可考核天线系统EMC兼容性能；天线重频特性测试验证有源SAR天线的工作重频。
专利《相控阵波控性能快速诊断方法》(CN201110341169)描述的是通过频谱分析仪测试相控阵空间场的水平、垂直分布特性，并以此来评价相控阵波控性能正常与否。该专利通过射频仪器测量天线性能，只能测量天线的发射态性能，无法测试接收态、负载态性能，也不能对其工作历程、开机浪涌的情况进行测试。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出了一种通过供电电流来测试验证有源SAR天线工作状态的测试系统与测试方法。通过本方法能获得可靠的天线工作历程测试、天线工作用电浪涌峰值测试以及天线重频特性测试结果。从而方便、快捷地掌握有源SAR天线的工作状态。
本发明的技术方案是：一种有源SAR天线工作状态测试系统，包括电流采集设备与记录分析显示设备；电流采集设备获取有源SAR天线供电母线的电流信息，并送给记录分析显示设备；记录分析显示设备接收电流信息，进行AD采样并存储，完成有源SAR天线工作状态测试。
所述的电流采集设备包括电流钳与电流放大设备。
所述的记录分析显示设备包括数据采集器、数据处理计算机与数据显示器；数据采集器将接收的电流信息进行AD采样并送给数据处理计算机；数据处理计算机将数据进行存储，并完成对数据进行时域画图、快速傅里叶变换后画图的操作；数据显示器将数据结果与画图图形进行显示。
所述的有源SAR天线工作状态测试包括天线工作历程测试、天线工作用电浪涌峰值测试以及天线重频特性测试。
所述的天线工作历程测试包括天线系统加电后处于待机的过程电流在时域变化情况与负载态持续时长测试，成像前定标工作的过程电流在时域变化情况与成像前定标持续时长测试，成像工作的过程电流在时域变化情况与成像工作持续时长测试，成像后定标工作的过程电流在时域变化情况与成像后定标持续时长测试。
一种对有源SAR天线工作状态测试的方法，包括下列步骤：
1)采集有源SAR天线系统工作全周期供电电流信息，并将全部电流信息以数据形式进行存储；
2)剔除电流信息数据中有源SAR天线系统开始工作前与停止工作后的无用数据，对有用数据进行时域画图，通过电流强度识别有源SAR天线系统加电后成像工作的过程电流；
3)在电流数据的时域画图中，找到有源SAR天线系统自负载态转变为发射态时刻电流的最大瞬态值作为有源SAR天线系统工作用电浪涌峰值；
4)将步骤2)中得到的成像工作的过程电流通过快速傅里叶变换法转换为该段时间内电流的频域特性图，找到频域特性图中最大功率点对应的频率作为有源SAR天线系统工作重频特性。
所述步骤2)中还包括通过电流强度识别有源SAR天线系统加电后处于待机的过程电流、成像前定标工作的过程电流、成像后定标工作的过程电流、待机的过程电流在时域变化情况与成像后定标持续时长。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)有源SAR天线工作状态的测试本身是一个复杂的过程，传统方法要通过使用复杂的射频测量仪器对雷达射频信号进行分析才能得到验证。本发明提出了一种简单的通过采集记录供电电流就可测量分析有源SAR天线的测试系统与测试方法，解决了以往通过昂贵的射频设备才能进行测试的问题。
(2)传统的电流测量的方法使用电流钳配合示波器进行，存储时间深度不够，并且受限于触发条件，只能对有源SAR天线的一个工作时间剖面进行分析，无法对其工作全过程进行分析。本发明提出的测试系统可一次完成有源SAR天线全历程工作的检查验证。
(3)本发明提出的测试系统可以仅通过进一步计算分析电流数据，就可获得有源SAR天线的重频指标；而传统方法需要额外利用高精度实时频谱仪对有源SAR天线的输出信号进行测量才可获得重频指标。
附图说明
图1是本发明系统组成示意图。
图2是一个有源SAR天线工作历程的电流时域图实例。
具体实施方式
一种有源SAR天线工作状态测试系统，包括电流采集设备与记录分析显示设备。电流采集设备获取有源SAR天线供电母线的电流信息，并送给记录分析显示设备。记录分析显示设备接收电流信息，经AD采样记录后，进行分析处理并显示，完成有源SAR天线工作状态测试。如图1所示。
电流采集设备包括电流钳与电流放大设备。其中电流钳串联在有源SAR天线的电源供电设备输出端Vcc上。当电源供电设备输出电流时，电流钳生成感应电流，送至电流放大设备形成电流信息信号。
选择的电流钳与电流放大器为Tektronix公司的TCP303/TCPA300产品。其主要技术指标包括：
●带宽：DC–15MHz
●电流量程：0A–500A
●测量误差极限：±1％
●输出范围：-10V–+10V
记录分析显示设备包括数据采集器、数据处理计算机与数据显示器。电流采集设备输出电流信息信号传给数据采集器进行采样。采样数据进入数据处理计算机进行存储、分析并显示。
选择的数据采集器为NI公司的PXIe-6366数据采集器。其主要技术指标包括：
●ADC分辨力：16位
●最高采样率：16MS/s
●输出阻抗：>100G欧
●共模抑制比：75dB
选择的数据处理计算机为NI公司的PXIe-1062Q机箱及PXIe-3070零槽控制器。其主要技术指标包括：
●处理器：Intel CoreTM i5四核处理器
●主频：2.1GHz
●硬盘：500GB
●数据存储时长：超过20天
数据处理计算机采集有源SAR天线系统工作全周期供电电流信息，并将全部电流信息以数据形式进行存储，并对数据进行如下处理与分析。
(1)剔除电流信息数据中有源SAR天线系统开始工作前与停止工作后的无用数据，对有用数据进行时域画图分析。如图2所示。通过电流强度识别有源SAR天线系统加电后处于待机、成像前定标工作、成像工作、成像后定标工作、待机的过程电流在时域变化情况与成像后定标持续时长。图2时域图中0至9秒关机，9至10秒为待机，10至13.5秒间进行了2组成像前定标工作，13.5至42.7秒间经历了2次成像工作，期间有待机，随后在53.5至56.5秒间进行了2组成像后定标工作。可见，电流时域图形能够直观表述有源SAR天线系统的工作历程，可见系统加电后负载态持续时间，成像前定标工作过程，成像持续时长，成像后定标工作工程。通过电流时域图形可以验证判断有源SAR天线在全工作历程中工作的正确性。
(2)在电流数据的时域画图中，找到有源SAR天线系统自负载态转变为发射态时刻电流的最大瞬态值作为有源SAR天线系统工作用电浪涌峰值。图2时域图中用电浪涌峰值发生在第2组成像前定标开始时，即11.8秒时，电流达到346安培。
(3)截取成像工作过程的时域电流信息数据，图2时域图中13.5s至23s，32.5s至42.7s的数据，通过快速傅里叶变换法转换为该段时间内电流的频域特性图，找到频域特性图中最大功率点对应的频率作为有源SAR天线系统工作重频特性。可知重频为1000Hz。从而验证被测对象重频特性与设计相符。
Claims (5)
1.一种有源SAR天线工作状态测试系统，其特征在于：包括电流采集设备与记录分析显示设备；电流采集设备获取有源SAR天线供电母线的电流信息，并送给记录分析显示设备；记录分析显示设备接收电流信息，进行AD采样并存储，完成有源SAR天线工作状态测试；所述的有源SAR天线工作状态测试包括天线工作历程测试、天线工作用电浪涌峰值测试以及天线重频特性测试；所述的天线工作历程测试包括天线系统加电后处于待机的过程电流在时域变化情况与负载态持续时长测试，成像前定标工作的过程电流在时域变化情况与成像前定标持续时长测试，成像工作的过程电流在时域变化情况与成像工作持续时长测试，成像后定标工作的过程电流在时域变化情况与成像后定标持续时长测试。
2.根据权利要求1所述的一种有源SAR天线工作状态测试系统，其特征在于：所述的电流采集设备包括电流钳与电流放大设备。
3.根据权利要求1所述的一种有源SAR天线工作状态测试系统，其特征在于：所述的记录分析显示设备包括数据采集器、数据处理计算机与数据显示器；数据采集器将接收的电流信息进行AD采样并送给数据处理计算机；数据处理计算机将数据进行存储，并完成对数据进行时域画图、快速傅里叶变换后画图的操作；数据显示器将数据结果与画图图形进行显示。
4.一种利用权利要求1所述系统进行有源SAR天线工作状态测试的方法，其特征在于包括下列步骤：
1)采集有源SAR天线系统工作全周期供电电流信息，并将全部电流信息以数据形式进行存储；
2)剔除电流信息数据中有源SAR天线系统开始工作前与停止工作后的无用数据，对有用数据进行时域画图，通过电流强度识别有源SAR天线系统加电后成像工作的过程电流；
3)在电流数据的时域画图中，找到有源SAR天线系统自负载态转变为发射态时刻电流的最大瞬态值作为有源SAR天线系统工作用电浪涌峰值；
4)将步骤2)中得到的成像工作的过程电流通过快速傅里叶变换法转换为电流的频域特性图，找到频域特性图中最大功率点对应的频率作为有源SAR天线系统工作重频特性。
5.根据权利要求4所述一种有源SAR天线工作状态测试的方法，其特征在于：所述步骤2)中还包括通过电流强度识别有源SAR天线系统加电后处于待机的过程电流、成像前定标工作的过程电流、成像后定标工作的过程电流、待机的过程电流在时域变化情况与成像后定标持续时长。
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