CN107703494B - 一种相控阵天线多波位测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相控阵天线多波位测试系统及测试方法,多波位测试系统包括矢网、探针及伺服系统、相控阵天线、相控阵天线测控盒和上位机;本发明采用上位机软件将暗室中的矢网、探针的伺服控制系统、上位机、天线及测控盒集成一个整体,形成了一个闭环控制系统,省去了人工控制探针、天线的波束指向角工作,做到了暗室测试系统与天线控制系统的无缝结合,节省了大量需要人工完成的重复劳动,并降低了出错率。简化了相控阵天线多波位的测试流程,提高了天线多波位的测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种相控阵天线多波位测试系统及测试方法,属于天线测试技术领域。
背景技术
相控阵天线的常规测试中,天线的TR组件校正完成以后,需对整个天线的各项指标做一个系统的测试,由于天线的波位较多,尤其是二维相控阵波位往往能够达到上千个,测试者很难对每个波位进行一一遍历,只能选取其中几个重要的有代表性的波位进行测试,若TR组件的某个移相器出现问题,或者某些波位指标较差,常规测试很有可能覆盖不到。
如何提供一种高效的测试系统及测试方法,能实现相控阵天线多波位的自动化测试,是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种相控阵天线多波位测试系统及测试方法,能够遍历相控阵天线所有波位,克服了传统测试方法人工遍历多个波位进行测试,测试效率低,测试波位覆盖不全面的缺点。
本发明目的通过如下技术方案予以实现:
提供一种相控阵天线多波位测试系统,包括矢网、探针及伺服系统、相控阵天线、相控阵天线测控盒和上位机;
矢网用于发射射频信号ft至探针,通过探针将射频信号发送至相控阵天线,矢网接收相控阵天线返回的对应不同波束指向角i的射频信号fri,并将所发射射频信号ft与返回的射频信号fri进行比较,计算二者相位差Pi并发送给上位机;
探针及伺服系统包括探针和伺服系统,所述伺服系统基于上位机发送的运行指令控制探针按设定轨迹移动,探针每运行到一个扫描点,伺服系统向相控阵天线测控盒发送一次移动信号,探针用于发送发射射频信号ft;
相控阵天线测控盒,接收上位机发送的波控序列表并存储;相控阵天线测控盒接收上位机发送的各波束指向角对应的控制码表,并转发给相控阵天线,相控阵天线接收到各波束指向角对应的控制码表后将其存储;相控阵天线测控盒接收伺服系统发送的移动信号后,遍历所存储的波控序列表,将波控序列表中的天线波束指向角的控制码在相控阵天线中的映射地址逐一发送给相控阵天线,相控阵天线通过映射地址查询对应的波束指向角的控制码,并执行该控制码,使天线指向相应的波束指向角;
上位机向所述伺服系统发送运行指令;向相控阵天线测控盒发送波控序列表和各波束指向角对应的控制码表;上位机接收矢网发送的各扫描点的相位差Pi,第j个扫描点的相位差记为Pij,计算同一波束指向角i所有位置的合成指向角Poi;判断|Poi-Pli|是否小于等于阈值,如果小于等于阈值,则结束测试;如果大于阈值,对波束指向角进行补偿;Pli为理论设计的波束指向角。
优选的,还包括路由器,上位机通过路由器分别连接矢网和探针及伺服系统。
优选的,相控阵天线测控盒包括编码波控序列表模块、并行输入接口、第一422接口和第二422接口;第一422接口用于与上位机通讯,第二422接口用于与相控阵天线通讯;并行输入接口用于与探针及伺服系统通讯;编码波控序列表模块用于存储波控序列表。
优选的,伺服系统向相控阵天线测控盒的并行输入接口发送的移动信号为16位并行信号,相控阵天线测控盒的并行输入接口为16位并行接收端口。
优选的,上位机对波束指向角进行补偿的方法为:当Poi-Pli大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角减小,使得|Poi-Pli|小于阈值;当Pli-Poi大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使控制码对应的波束指向角增大,使得|Poi-Pli|小于阈值;更新该波束指向角对应的控制码,并通过相控阵天线测控盒发送给相控阵天线,更新相控阵天线中存储的各波束指向角对应的控制码。
优选的,所述阈值为0.1°~0.2°。
同时提供一种利用所述的相控阵天线多波位测试系统进行测试的方法,包括如下步骤:
(1)上位机向相控阵天线测控盒发送波控序列表,相控阵测试盒接收到波控序列表后存储,上位机通过相控阵天线测控盒将各波束指向角对应的波控码表发送给相控阵天线,相控阵天线接收到波控码后进行存储;
(2)探针及伺服系统控制探针运动到一个扫描点,将移动信号发送给相控阵天线测控盒,相控阵天线测控盒接收到一次移动信号后,遍历所存储的波控序列表,将波控序列表中的天线波束指向角的控制码在相控阵天线中的映射地址逐一发送给相控阵天线,相控阵天线通过映射地址查询对应的波束指向角的控制码,并执行该控制码,使天线指向相应的波束指向角;上位机接收矢网发送的各波束指向角的相位差Pi,并存储;
(3)判断当前扫描点是否为最后一个扫描点,如果是最后一个扫描点,则结束扫描,进入步骤(4);如果不是最后一个扫描点,则返回步骤(2);
(4)上位机接收矢网发送的各扫描点的相位差Pi,第j个扫描点的第i个相位差记为Pij,计算同一波束指向角i所有位置的合成指向角Poi;上位机判断|Poi-Pli|是否小于等于阈值,如果小于等于阈值,则结束测试;如果大于阈值,对波束指向角进行补偿,更新上位机中该波束指向角对应的波控码表,并返回步骤(1);Pli为理论设计的波束指向角。
优选的,步骤(4)中更新上位机中该波束指向角对应的波控码表的方法为:当Poi-Pli大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角减小,使得|Poi-Pli|小于阈值;当Pli-Poi大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使控制码对应的波束指向角增大,使得|Poi-Pli|小于阈值;更新该波束指向角对应的控制码。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)本发明由于采用上位机软件将暗室中的矢网、探针的伺服控制系统、上位机、天线及测控盒集成一个整体,形成了一个闭环控制系统,省去了人工控制探针、天线的波束指向角工作,做到了暗室测试系统与天线控制系统的无缝结合,节省了大量需要人工完成的重复劳动,并降低了出错率。简化了相控阵天线多波位的测试流程,提高了天线多波位的测试效率。
(2)本发明能够遍历所有波束指向角进行测试,保证了相控阵天线测试的全面性。
(3)本发明通过波控序列表下发到相控阵天线测控盒中,实现了每个扫描点的波束指向角的自动控制,进一步提高了测试效率。
(4)本发明通过多次迭代补偿,保证了相控阵天线满足测试要求。
附图说明
图1为本发明测试系统设备结构示意图;
图2为本发明测试系统的示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的相控阵天线自动化测试系统包括矢网1、探针及伺服系统2、相控阵天线3、相控阵天线测控盒4和上位机6;
矢网1用于发射射频信号ft至探针,通过探针无线辐射的方式将射频信号发送至相控阵天线3,矢网1接收相控阵天线3返回的对应不同波束指向角i的射频信号fri,并将所发射射频信号ft与返回的射频信号fri进行比较,计算二者相位差Pi并发送给上位机,i为相控阵天线3的波束指向角。
探针及伺服系统2包括探针和伺服系统,所述伺服系统基于上位机6发送的运行指令控制探针按设定轨迹移动,探针每运行到一个扫描点,伺服系统向相控阵天线测控盒4发送一次移动信号,探针用于发送发射射频信号ft。移动信号为16位并行码。
相控阵天线测控盒4,接收上位机6发送的波控序列表后存储到编码波控序列表模块4-3中,波控序列表为天线波束指向角的控制码对应在相控阵天线FLASH中的映射地址;相控阵天线测控盒4接收上位机6发送的各波束指向角对应的控制码表,并转发给相控阵天线3,相控阵天线3通过422接口3-1接收到各波束指向角对应的控制码表后将其存储在FLASH存储3-2中,控制码表中为各波束指向角对应的控制码,通过执行控制码,可以获得对应的波束指向角。相控阵天线测控盒4接收伺服系统发送的移动信号,并遍历波控序列表模块4-3存储的波控序列表,将波控序列表中的天线波束指向角的控制码在相控阵天线3FLASH中的映射地址逐一发送给相控阵天线3,相控阵天线3通过映射地址在FLASH中查询对应的波束指向角的控制码,并执行该控制码,使相控阵天线3指向相应的波束指向角;实现了探针在各个扫描点对应相控阵天线3各波束指向角的遍历。
上位机6向相控阵天线测控盒4发送波控序列表和各波束指向角对应的控制码;上位机6接收矢网1发送的各扫描点的相位差Pi,第j个扫描点的相位差记为Pij,测试完成后,利用欧比特软件计算同一波束指向角i所有位置的合成指向角Poi。上位机6判断|Poi-Pli|是否小于等于阈值,如果小于等于则表明相控阵天线的相位误差满足要求,结束测试;如果大于阈值,表明相控阵天线的相位误差过大,需要进行补偿。Pli为理论设计的波束指向角。
补偿的方法如下:当Poi-Pli大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角减小,使得|Poi-Pli|小于阈值;当Pli-Poi大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角增大,使得|Poi-Pli|小于阈值;更新该波束指向角对应的控制码,并通过相控阵天线测控盒4发送给相控阵天线3,更新相控阵天线3的FLASH中存储的各波束指向角对应的控制码。
本发明还可以包括路由器5,上位机6通过路由器5分两路分别连接矢网1和探针及伺服系统2;矢网1和探针及伺服系统2的控制协议同为TCP/IP协议,但应用层协议不同,通过不同的端口号区分两个控制设备,上位机6与相控阵天线测控盒4相连,通过异步422通讯。上位机6的控制指令下发后,相控阵天线测控盒4、矢网1和探针及伺服系统2会返回状态反馈帧,上位机通过反馈帧的判定各系统的状态,进而进行下一步控制。
本发明的测试方法流程如下:
(1)将相控阵天线测控盒4的422接口4-1与上位机422接口6-1相连,上位机通过422接口6-1为相控阵天线测控盒4下发波控序列表,相控阵测试盒4接收到波控序列表后存储到编码波控序列表模块4-3中,上位机6的422接口6-1通过相控阵天线测控盒的422接口4-1到422接口4-4将各波束指向角对应的波控码表发送给相控阵天线3,相控阵天线3通过422接口3-1接收到波控码后将其存储在FLASH存储3-2中。
(2)探针及伺服系统2控制探针运动到一个扫描点时,将一次移动信号(并行16位编码)发送到相控阵天线测控盒4的16位并行输入接口4-2,16位并行输入接口4-2同步处理后发送给编码波控序列表模块4-3,编码波控序列表模块4-3根据之前存储的波控序列表逐一查找出16位编码所对应的波束指向角的控制码表在FLASH存储3-2中的映射地址,并将其通过422接口4-4发送给相控阵天线3,相控阵天线3通过422接口3-1接收到映射地址后,查询FLASH存储3-2上该地址存储的波束指向角的控制码表,并执行该波束指向角的控制码使相控阵天线3的波束指向该波束指向角;上位机6接收矢网1发送的各波束指向角的相位差Pi,并存储。在一个扫描点执行全部波束指向角大约需要30us的时间。
(3)判断当前扫描点是否为最后一个扫描点,如果是最后一个扫描点,则结束扫描,进入步骤(4);如果不是最后一个扫描点,则探针及伺服系统2控制探针运动到下一个扫描点,并重复(2)的操作。
(4)上位机6接收矢网1发送的各扫描点的相位差Pi,第j个扫描点的相位差记为Pij,利用欧比特软件计算同一波束指向角i所有位置的合成指向角Poi。上位机6判断|Poi-Pli|是否小于等于阈值,如果小于等于则表明相控阵天线的相位误差满足要求,结束测试;如果大于阈值,表明相控阵天线的相位误差过大,需要进行补偿。Pli为理论设计的波束指向角。
补偿的方法如下:当Poi-Pli大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角减小,使得|Poi-Pli|小于阈值;当Pli-Poi大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角增大,使得|Poi-Pli|小于阈值;更新上位机中该波束指向角对应的波控码表,并返回步骤(1)。
本发明的多波位自动化测试系统自动化程度高,之前需要两个人三天测完的工作量通过此自动化测试系统,只需一天内即可完成,极大地减少了相控阵天线在暗室人工调试的工作量,提高了工作效率,减少了人力和物力的成本。本发明能够遍历所有波束指向角进行测试,测试覆盖性更好,天线的可靠性更高。
以上所述,仅为本发明最佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (2)
1.一种相控阵天线多波位测试系统,其特征在于包括矢网、探针及伺服系统、相控阵天线、相控阵天线测控盒和上位机;
矢网用于发射射频信号ft至探针,通过探针将射频信号发送至相控阵天线,矢网接收相控阵天线返回的对应不同波束指向角i的射频信号fri,并将所发射射频信号ft与返回的射频信号fri进行比较,计算二者相位差Pi并发送给上位机;
探针及伺服系统包括探针和伺服系统,所述伺服系统基于上位机发送的运行指令控制探针按设定轨迹移动,探针每运行到一个扫描点,伺服系统向相控阵天线测控盒发送一次移动信号,探针用于发送发射射频信号ft;
相控阵天线测控盒,接收上位机发送的波控序列表并存储;相控阵天线测控盒接收上位机发送的各波束指向角对应的控制码表,并转发给相控阵天线,相控阵天线接收到各波束指向角对应的控制码表后将其存储;相控阵天线测控盒接收伺服系统发送的移动信号后,遍历所存储的波控序列表,将波控序列表中的天线波束指向角的控制码在相控阵天线中的映射地址逐一发送给相控阵天线,相控阵天线通过映射地址查询对应的波束指向角的控制码,并执行该控制码,使天线指向相应的波束指向角;
上位机向所述伺服系统发送运行指令;向相控阵天线测控盒发送波控序列表和各波束指向角对应的控制码表;上位机接收矢网发送的各扫描点的相位差Pi,第j个扫描点的相位差记为Pij,计算同一波束指向角i所有位置的合成指向角Poi;判断|Poi-Pli|是否小于等于阈值,如果小于等于阈值,则结束测试;如果大于阈值,对波束指向角进行补偿;Pli为理论设计的波束指向角;
上位机对波束指向角进行补偿的方法为:当Poi-Pli大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角减小,使得|Poi-Pli|小于阈值;当Pli-Poi大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使控制码对应的波束指向角增大,使得|Poi-Pli|小于阈值;更新该波束指向角对应的控制码,并通过相控阵天线测控盒发送给相控阵天线,更新相控阵天线中存储的各波束指向角对应的控制码;
还包括路由器,上位机通过路由器分别连接矢网和探针及伺服系统;
相控阵天线测控盒包括编码波控序列表模块、并行输入接口、第一422接口和第二422接口;第一422接口用于与上位机通讯,第二422接口用于与相控阵天线通讯;并行输入接口用于与探针及伺服系统通讯;编码波控序列表模块用于存储波控序列表;
伺服系统向相控阵天线测控盒的并行输入接口发送的移动信号为16位并行信号,相控阵天线测控盒的并行输入接口为16位并行接收端口;
所述阈值为0.1°~0.2°。
2.一种利用权利要求1所述的相控阵天线多波位测试系统进行测试的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)上位机向相控阵天线测控盒发送波控序列表,相控阵测试盒接收到波控序列表后存储,上位机通过相控阵天线测控盒将各波束指向角对应的波控码表发送给相控阵天线,相控阵天线接收到波控码后进行存储;
(2)探针及伺服系统控制探针运动到一个扫描点,将移动信号发送给相控阵天线测控盒,相控阵天线测控盒接收到一次移动信号后,遍历所存储的波控序列表,将波控序列表中的天线波束指向角的控制码在相控阵天线中的映射地址逐一发送给相控阵天线,相控阵天线通过映射地址查询对应的波束指向角的控制码,并执行该控制码,使天线指向相应的波束指向角;上位机接收矢网发送的各波束指向角的相位差Pi,并存储;移动信号为并行16位编码;
(3)判断当前扫描点是否为最后一个扫描点,如果是最后一个扫描点,则结束扫描,进入步骤(4);如果不是最后一个扫描点,则返回步骤(2);
(4)上位机接收矢网发送的各扫描点的相位差Pi,第j个扫描点的第i个相位差记为Pij,计算同一波束指向角i所有位置的合成指向角Poi;上位机判断|Poi-Pli|是否小于等于阈值,如果小于等于阈值,则结束测试;如果大于阈值,对波束指向角进行补偿,更新上位机中该波束指向角对应的波控码表,并返回步骤(1);Pli为理论设计的波束指向角;
步骤(4)中更新上位机中该波束指向角对应的波控码表的方法为:当Poi-Pli大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使得控制码对应的波束指向角减小,使得|Poi-Pli|小于阈值;当Pli-Poi大于阈值时,调整该波束指向角对应的控制码,使控制码对应的波束指向角增大,使得|Poi-Pli|小于阈值;更新该波束指向角对应的控制码。
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