CN107329003A - 优化sar天线方向图测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化SAR天线方向图测试的方法，其包括以下步骤：步骤一，首先根据电磁场理论建立有源相控阵天线方向图计算数学模型；步骤二，完成有源相控阵天线基础数据的获取和计算，根据设计要求和工程可实现性完成SAR天线所有波位天线幅相加权系数的计算和存储工作；步骤三，在平面近场测试系统环境下，利用近场测试方法获取天线阵面不同位置处的天线子阵方向图。本发明大大缩短了SAR天线方向图测试时间，为卫星研制进度提供了保证，加快了卫星研制进度，为后续雷达卫星型号的SAR天线方向图测试提供了参考。

Description

优化SAR天线方向图测试的方法

技术领域

本发明涉及一种优化方法，特别是涉及一种优化SAR天线方向图测试的方法。

背景技术

随着合成孔径雷达卫星(SAR)的快速发展，我国第一颗高分辨率X波段有源平面相控阵体制的SAR卫星应运而生。卫星具有右侧视和左侧视成像能力，在每种侧视状态有四种工作模式。聚束模式和扫描模式的天线波束不仅要距离向视角可变，还需要进行方位向扫描，由于距离向和方位向具有耦合性，这两种模式下的波位数等于距离向波位数乘以方位向波位数，造成波位数显著增多；为尽可能使目标位于成像带中心，将距离向波位间的重叠度由10％左右提高到了约50％，造成波位数量增多；当卫星姿态从右侧视状态变为左侧视状态时，SAR天线上下颠倒，相同视角的波位需要用不同的波控码实现，引起波位数增多1倍。按照以往SAR卫星天线方向图地面测试方案所有波位都要进行方向图测试，来验证天线方向图的正确性，导致测试时间大大增加，不满足卫星研制进度的需求。此外，高分辨率雷达卫星为了降低在轨不确定因素对波束指向精度的影响，将采用在轨波束标定技术，测量并修正SAR天线波束指向误差中的固定偏差。由于高分辨雷达卫星波位很多，在轨波束指向标定方案所需测试时间也增加很多。高分辨率雷达卫星在轨波束指向标定不可能对全部波位进行测试，只能对部分波束进行抽测，其它波束的指向精度也只能依靠方向图模型来保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种优化SAR天线方向图测试的方法，其解决了雷达卫星SAR天线方向图地面测试耗时长的问题，加快了卫星研制进度；为卫星在轨波束标定方案也提供了一定的参考。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种优化SAR天线方向图测试的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，首先根据电磁场理论建立有源相控阵天线方向图计算数学模型；

步骤二，完成有源相控阵天线基础数据的获取和计算，根据设计要求和工程可实现性完成SAR天线所有波位天线幅相加权系数的计算和存储工作；

步骤三，在平面近场测试系统环境下，利用近场测试方法获取天线阵面不同位置处的天线子阵方向图；

步骤四，在天线的集成过程中，采用高精度测量系统采集T/R、延时组件各衰减、移相态的幅相值，T/R、延时组件以及馈电网络的幅相误差数据，并完成数据统计分析，建立数据库；

步骤五，在平面近场测试系统环境下，采用近场测试方法完成天线法向波束的测试校准工作，获取校准前后的幅相误差数据；

步骤六，根据基础数据计算天线的波位幅相控制码，将波位控制码注入波控机，采用平面近场测试系统获取相应波位的近场测试数据，再将近场测试数据完成近远场数据变换后得到SAR天线测试方向图；

步骤七，利用天线模型及相应输入数据计算步骤一中的天线场强公式，获得天线仿真方向图；

步骤八，将近场测试得到的测试方向图与天线模型计算得到的仿真方向图进行对比，以此来验证天线模型的精度；根据验证结果确定计算的方位向方向图与实测方向图具有较好的一致性，当展宽倍数不超过1.3倍时，计算的距离向方向图与实测方向图也具有较好的一致性；

步骤九，确定优化SAR天线方向图测试的方法：利用方向图建模技术，在方位向以建模仿真验证为主，抽取部分波位进行方向图近场测试来验证方向图建模技术；在距离向展宽1.3倍以上的波位全部进行方向图近场测试，其余波位以建模仿真验证为主，抽取部分波位测试来验证方向图建模技术。

本发明的积极进步效果在于：本发明大大缩短了SAR天线方向图测试时间，为卫星研制进度提供了保证，加快了卫星研制进度，为后续雷达卫星型号的SAR天线方向图测试提供了参考，为卫星在轨波束标定方案也提供了一定的参考。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为二维平面相控阵天线测试及仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明优化SAR天线方向图测试的方法包括以下步骤：

步骤一，首先根据电磁场理论建立有源相控阵天线方向图计算数学模型；有源相控阵天线方向图计算数学模型的公式如式(1)所示：

其中：

f_mn为天线单元的电场方向图；

I_mn为天线单元的振幅激励(幅度分布)；

A_mn为馈电网络和组件所引起的幅度误差；

α_mn为天线单元失效因子，其值仅为0或1(0表示失效，1表示有效)；

X_m、Y_n为天线单元的位置变量；

u、v为空间的方向余弦，u＝sin A_s，v＝sin R_s cos A_s，A_s、R_s分别为方位向扫描角、距离向扫描角；

ψ_mn为馈电网络和组件的相位误差；

β_mn为天线单元由于安装误差、展开误差、热变形等位置误差对应的相位误差。

步骤二，完成有源相控阵天线基础数据的获取和计算，根据设计要求和工程可实现性完成SAR天线所有波位天线幅相加权系数的计算和存储工作；

步骤三，在平面近场测试系统环境下，利用近场测试方法获取天线阵面不同位置处的天线子阵方向图；

步骤四，在天线的集成过程中，采用高精度测量系统采集T/R(收/发组件)、延时组件各衰减、移相态的幅相值，T/R(收/发组件)、延时组件以及馈电网络的幅相误差数据，并完成数据统计分析，建立数据库；

步骤五，在平面近场测试系统环境下，采用近场测试方法完成天线法向波束的测试校准工作，获取校准前后的幅相误差数据；

步骤六，根据基础数据计算天线的波位幅相控制码，将波位控制码注入波控机，采用平面近场测试系统获取相应波位的近场测试数据，再将近场测试数据完成近远场数据变换后得到SAR天线测试方向图；

步骤七，利用天线模型及相应输入数据计算步骤一中的天线场强公式，获得天线仿真方向图；

步骤八，将近场测试得到的测试方向图与天线模型计算得到的仿真方向图进行对比，以此来验证天线模型的精度。根据验证结果确定计算的方位向方向图与实测方向图具有较好的一致性，当展宽倍数不超过1.3倍时，计算的距离向方向图与实测方向图也具有较好的一致性；

步骤九，确定优化SAR天线方向图测试的方法：利用方向图建模技术，在方位向以建模仿真验证为主，抽取部分波位进行方向图近场测试来验证方向图建模技术；在距离向展宽1.3倍以上的波位全部进行方向图近场测试，其余波位以建模仿真验证为主，抽取部分波位测试来验证方向图建模技术。

综上所述，本发明解决了雷达卫星SAR天线方向图地面测试耗时长的问题，加快了卫星研制进度，为后续雷达卫星型号的SAR天线方向图测试提供了参考，为卫星在轨波束标定方案也提供了一定的参考。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种优化SAR天线方向图测试的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，首先根据电磁场理论建立有源相控阵天线方向图计算数学模型；

步骤二，完成有源相控阵天线基础数据的获取和计算，根据设计要求和工程可实现性完成SAR天线所有波位天线幅相加权系数的计算和存储工作；

步骤三，在平面近场测试系统环境下，利用近场测试方法获取天线阵面不同位置处的天线子阵方向图；

步骤四，在天线的集成过程中，采用高精度测量系统采集T/R、延时组件各衰减、移相态的幅相值，T/R、延时组件以及馈电网络的幅相误差数据，并完成数据统计分析，建立数据库；

步骤五，在平面近场测试系统环境下，采用近场测试方法完成天线法向波束的测试校准工作，获取校准前后的幅相误差数据；

步骤六，根据基础数据计算天线的波位幅相控制码，将波位控制码注入波控机，采用平面近场测试系统获取相应波位的近场测试数据，再将近场测试数据完成近远场数据变换后得到SAR天线测试方向图；

步骤七，利用天线模型及相应输入数据计算步骤一中的天线场强公式，获得天线仿真方向图；

步骤八，将近场测试得到的测试方向图与天线模型计算得到的仿真方向图进行对比，以此来验证天线模型的精度；根据验证结果确定计算的方位向方向图与实测方向图具有较好的一致性，当展宽倍数不超过1.3倍时，计算的距离向方向图与实测方向图也具有较好的一致性；

步骤九，确定优化SAR天线方向图测试的方法：利用方向图建模技术，在方位向以建模仿真验证为主，抽取部分波位进行方向图近场测试来验证方向图建模技术；在距离向展宽1.3倍以上的波位全部进行方向图近场测试，其余波位以建模仿真验证为主，抽取部分波位测试来验证方向图建模技术。