CN107991541B - 一种近场天线测试控制装置及其测试方法 - Google Patents

一种近场天线测试控制装置及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近场天线测试控制装置及其测试方法，包括主控计算机、矢量网络分析仪、测试控制模块、波控模块、平面扫描架及控制系统、射频开关模块；本发明准确获取了由频率切换、波位切换、通道切换、数据采集及传输、存储的时间，依此计算位置误差，补偿到扫描路径中去，从而保证了扫描架双向扫描时每个测试位置点测试数据的准确性和有效性，并通过速度优化提高了测试效率。该发明可应用于雷达、通信等诸多领域的相控阵天线测试。

Description

一种近场天线测试控制装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及雷达和天线测试领域，尤其涉及一种近场天线测试控制装置及其测试方法。
背景技术
近年来，数字阵列雷达技术蓬勃发展并广泛应用于国防、通信、对抗等各个领域，由于其工作模式和测试状态较多，要求测试系统具备多频、多波位、多通道测试功能。所以，现有测试系统无论是远场还是近场，为了提高测试效率，都需要进行频率、波位、通道切换。而目前的技术现状是：在转台(远场测试系统)或扫描架(近场测试系统)运动过程中，频率切换时间、波位切换时间、通道切换时间以及仪表数据采集、存储时间必然会造成位置误差，即采样点实际位置不一致。这种位置误差在单向测试或单频、单波位测试中没有太大影响，但效率很低，在双向测试时影响比较大，尤其对于数百个频率和波位状态同时测试，这种误差影响到方向图测试结果的准确性。位置误差示意图如图2所示。
另外，转台或扫描架速度的设定也是测试系统需要解决的难点。速度过快会导致在一个步进间隔内无法完成所有频率、波位状态的数据采集，将出现位置误差或数据溢出，导致系统运行中断，而速度过慢会降低测试效率。如何根据测试状态对速度进行合理优化成为技术关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种近场天线测试控制装置及其测试方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种近场天线测试控制装置，包括主控计算机、矢量网络分析仪、测试控制模块、波控模块、平面扫描架及控制系统、射频开关模块；
主控计算机，用于向平面扫描架及控制系统发送各种控制指令、向矢量网络分析仪发送参数设置指令和测试指令，以及从矢量网络分析仪读取采集数据；
矢量网络分析仪，用于接收主控计算机的参数设置指令；
测试控制模块，用于接收平面扫描架及控制系统发送的位置触发信号，根据时序设计规则发送波控切换信号到波控模块，发送通道切换信号到射频开关模块，发送测试触发信号到矢量网络分析仪，并根据Ready信号获取单个位置点的总响应时间；
波控模块，用于接收测试控制模块的波位切换信号，发送波控指令到待测天线，完成天线阵面布相；
平面扫描架及控制系统，用于接收主控计算机发送的控制指令并控制X轴和Y轴进行连续运动，根据接收到的主控计算机发送的位置误差值规划探头扫描路径消除位置误差；
射频开关模块，接收测试控制模块发出的通道切换信号，切换到相应通道。
作为本发明的优选方式之一，所述主控计算机对采集回来的数据进行实时处理和显示并以一定的格式进行数据存储。
作为本发明的优选方式之一，所述矢量网络分析仪按照频率更换顺序分别设置为两个通道，通道一的频率顺序为正序，通道二频率顺序为逆序。
作为本发明的优选方式之一，所述平面扫描架及控制系统的探头天线每到一个预定采样位置点发送位置触发信号给测试控制模块。
本发明还公开了一种近场天线测试控制装置的测试方法，包括以下流程：
(1)根据测试频率对矢量网络分析仪进行初始化：将矢量网络分析仪设置为双通道列表模式，列表一的频率列表顺序为f1、f2、f3……fQ-2、fQ-1、fQ(Q为频率数),列表二的频率列表顺序为fQ、fQ-1、fQ-2……f3、f2、f1,奇数行扫描时开启矢量网络分析仪通道一，偶数行扫描时开启通道二；
(2)根据测试频率、波位、通道对测试控制模块进行初始化：将测试控制模块的波位切换设置为两种模式，模式一的波位列表顺序为b1、b2、b3……bM-2、 bM-1、bM(M为总波位数),模式二的波位列表顺序为bM、bM-1、bM-2……b3、b2、b1, 将通道切换设置为两种模式，模式一的通道切换顺序为c1、c2、c3……cN-2、cN-1、 cN(N为总通道数)，模式二的通道切换顺序为cN、cN-1、cN-2……c3、c2、c1，测试控制模块设置波位寄存器i＝0，通道寄存器j＝0；
(3)控制平面扫描架及控制系统发送一个触发脉冲给测试控制模块，测试控制模块收到该脉冲后，进入到单次测试过程，并开始计时：
步骤a：切换波位至bi，
步骤b：切换通道cj；
步骤c：发送采集触发Receive Trig给矢量网络分析仪进行频点f1-fQ的数据采集，此时矢量网络分析仪Ready电平拉高；
步骤d：矢量网络分析仪采集完成后，Ready电平拉低，此时主控计算机读取矢量网络分析仪采集数据，并存储到计算机内存；
步骤e：通道寄存器j＝j+1，判断j是否小于总通道数N，如小于等于总通道数N则重复步骤b-d，如大于N则进入步骤f；
步骤f：波位寄存器i＝i+1，判断i是否小于总波位数M，如小于等于总波位数M则重复步骤a-e，如大于M则进入步骤g；
步骤g：获取步骤a-f的总时间，记为单次测试时间；
步骤h:重复以上步骤a-g,结束计时，获得三个单次测试时间平均值 Meas_Time，作为单个采样位置点的参考测量时间。
作为本发明的优选方式之一，通过以下计算对测试速度进行优化计算：
(1)根据最高测试频率，计算采样间隔Meas_Step＝0.48*波长，并根据单次测试时间Meas_Time及考虑到计算机响应时间余量；
(2)设计在0.8倍采样间隔内完成所有状态的采集；
(3)最后得到测试速度Meas_Speed＝0.8*Meas_Step/Meas_Time。
作为本发明的优选方式之一，通过以下计算对奇偶行位置误差进行补偿：
(1)根据测试时间Meas_Time，以及测试速度Meas_Speed，得到奇偶行测试位置误差Meas_PosErr＝Meas_Speed*Meas_Time；
(2)根据被测天线尺寸、测试中心、测试频率得到二维栅格采样点奇数行的初始位置，记为(x0,y0)；
(3)根据奇偶行位置误差Meas_PosErr进行探头运动路径规划，当进行奇数行测试时，以(x0,y0)为基准计算该行采样点位置，当进行偶数行测试时，以 (x0+Meas_PosErr,y0)为基准计算该行采样点位置。
本发明相比现有技术的优点在于：本发明准确获取了由频率切换、波位切换、通道切换、数据采集及传输、存储的时间，依此计算位置误差，补偿到扫描路径中去，从而保证了扫描架双向扫描时每个测试位置点测试数据的准确性和有效性，并通过速度优化提高了测试效率。该发明可应用于雷达、通信等诸多领域的相控阵天线测试。
附图说明
图1是本发明的近场天线测试控制装置框图；
图2是双向扫描产生位置误差示意图；
图3是本发明的测试方法获取测量时间流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、3：一种近场天线测试控制装置，包括主控计算机、矢量网络分析仪、测试控制模块、波控模块、平面扫描架及控制系统、射频开关模块；
主控计算机，用于向平面扫描架及控制系统发送各种控制指令、向矢量网络分析仪发送参数设置指令和测试指令，以及从矢量网络分析仪读取采集数据；主控计算机对采集回来的数据进行实时处理和显示并以一定的格式进行数据存储；
矢量网络分析仪，用于接收主控计算机的参数设置指令；矢量网络分析仪按照频率更换顺序分别设置为两个通道，通道一的频率顺序为正序，通道二频率顺序为逆序；
测试控制模块，用于接收平面扫描架及控制系统发送的位置触发信号，根据时序设计规则发送波控切换信号到波控模块，发送通道切换信号到射频开关模块，发送测试触发信号到矢量网络分析仪，并根据Ready信号获取单个位置点的总响应时间；
波控模块，用于接收测试控制模块的波位切换信号，发送波控指令到待测天线，完成天线阵面布相；
平面扫描架及控制系统，用于接收主控计算机发送的控制指令并控制X轴和Y轴进行连续运动，根据接收到的主控计算机发送的位置误差值规划探头扫描路径消除位置误差；平面扫描架及控制系统的探头天线每到一个预定采样位置点发送位置触发信号给测试控制模块；
射频开关模块，接收测试控制模块发出的通道切换信号，切换到相应通道。
本发明还公开了一种近场天线测试控制装置的测试方法，频率数、总波位数、总通道数分别为Q、M、N，具体测试步骤如下：
(1)根据测试频率对矢量网络分析仪进行初始化；
具体的，将矢量网络分析仪设置为双通道列表模式，列表一的频率列表顺序为f1、f2、f3……fQ-2、fQ-1、fQ,列表二的频率列表顺序为fQ、fQ-1、fQ-2……f3、 f2、f1,奇数行扫描时开启矢量网络分析仪通道一，偶数行扫描时开启通道二；
(2)根据测试频率、波位、通道对测试控制模块进行初始化；
具体的，将测试控制模块的波位切换设置为两种模式，模式一的波位列表顺序为b1、b2、b3……bM-2、bM-1、bM,模式二的波位列表顺序为bM、bM-1、bM-2……b1, 将通道切换设置为两种模式，模式一的通道切换顺序为c1、c2、c3……cN-2、cN-1、 cN,模式二的通道切换顺序为cN、cN-1、cN-2……c3、c2、c1,测试控制模块设置波位寄存器i＝0，通道寄存器j＝0；
控制平面扫描架及控制系统发送一个触发脉冲给测试控制模块，测试控制模块收到该脉冲后，进入到单次测试过程，并开始计时：
步骤a：切换波位至bi，
步骤b：切换通道cj；
步骤c：发送采集触发Receive Trig给矢量网络分析仪进行频点f1-fQ的数据采集，此时矢量网络分析仪Ready电平拉高；
步骤d：矢量网络分析仪采集完成后，Ready电平拉低，此时主控计算机读取矢量网络分析仪采集数据，并存储到计算机内存；
步骤e：通道寄存器j＝j+1，判断j是否小于总通道数N，如小于等于总通道数N则重复步骤b-d，如大于N则进入步骤f；
步骤f：波位寄存器i＝i+1，判断i是否小于总波位数M，如小于等于总波位数M则重复步骤a-e，如大于M则进入步骤g；
步骤g：获取步骤a-f的总时间，记为单次测试时间；
步骤h:重复以上步骤a-g,结束计时，获得三个单次测试时间平均值 Meas_Time，作为单个采样位置点的参考测量时间。
(3)根据最高测试频率，计算采样间隔Meas_Step＝0.48*波长，并根据单次测试时间Meas_Time及考虑到计算机响应时间余量，设计在0.8倍采样间隔内完成所有状态的采集，因此得到测试速度 Meas_Speed＝0.8*Meas_Step/Meas_Time；
(4)根据测试时间Meas_Time，以及测试速度Meas_Speed，得到奇偶行测试位置误差Meas_PosErr＝Meas_Speed*Meas_Time；
(5)根据被测天线尺寸、测试中心、测试频率得到二维栅格采样点奇数行的初始位置，记为(x0,y0)；
(6)根据奇偶行位置误差Meas_PosErr进行探头运动路径规划，当进行奇数行测试时，以(x0,y0)为基准计算该行采样点位置，当进行偶数行测试时，以 (x0+Meas_PosErr,y0)为基准计算该行采样点位置；
(7)开始测试后，主控计算机发送开始测试指令，使探头按照所述路径规划进行运动，每个位置点都按照所述单个测试过程进行处理，循环至所有位置点数据采集完毕，完成整个测试过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种近场天线测试控制装置的测试方法，所述的近场天线测试控制装置，包括主控计算机、矢量网络分析仪、测试控制模块、波控模块、平面扫描架及控制系统、射频开关模块；
主控计算机，用于向平面扫描架及控制系统发送各种控制指令、向矢量网络分析仪发送参数设置指令和测试指令，以及从矢量网络分析仪读取采集数据；
矢量网络分析仪，用于接收主控计算机的参数设置指令；
测试控制模块，用于接收平面扫描架及控制系统发送的位置触发信号，根据时序设计规则发送波控切换信号到波控模块，发送通道切换信号到射频开关模块，发送测试触发信号到矢量网络分析仪，并根据Ready信号获取单个位置点的总响应时间；
波控模块，用于接收测试控制模块的波位切换信号，发送波控指令到待测天线，完成天线阵面布相；
平面扫描架及控制系统，用于接收主控计算机发送的控制指令并控制X轴和Y轴进行连续运动，根据接收到的主控计算机发送的位置误差值规划探头扫描路径消除位置误差；
射频开关模块，接收测试控制模块发出的通道切换信号，切换到相应通道；
所述的测试方法，其特征在于，
1)根据测试频率对矢量网络分析仪进行初始化：将矢量网络分析仪设置为双通道列表模式，列表一的频率列表顺序为f1、f2、f3……fQ-2、fQ-1、fQ，Q为频率数,列表二的频率列表顺序为fQ、fQ-1、fQ-2……f3、f2、f1,奇数行扫描时开启矢量网络分析仪通道一，偶数行扫描时开启通道二；
2)根据测试频率、波位、通道对测试控制模块进行初始化：将测试控制模块的波位切换设置为两种模式，模式一的波位列表顺序为b1、b2、b3……bM-2、bM-1、bM，M为总波位数,模式二的波位列表顺序为bM、bM-1、bM-2……b3、b2、b1,将通道切换设置为两种模式，模式一的通道切换顺序为c1、c2、c3……cN-2、cN-1、cN，N为总通道数，模式二的通道切换顺序为cN、cN-1、cN-2……c3、c2、c1，测试控制模块设置波位寄存器i＝0，通道寄存器j＝0；
3)控制平面扫描架及控制系统发送一个触发脉冲给测试控制模块，测试控制模块收到该脉冲后，进入到单次测试过程，并开始计时：
步骤a：切换波位至bi，
步骤b：切换通道cj；
步骤c：发送采集触发Receive Trig给矢量网络分析仪进行频点f1-fN的数据采集，此时矢量网络分析仪Ready电平拉高；
步骤d：矢量网络分析仪采集完成后，Ready电平拉低，此时主控计算机读取矢量网络分析仪采集数据，并存储到计算机内存；
步骤e：通道寄存器j＝j+1，判断j是否小于总通道数N，如小于等于总通道数N则重复步骤b-d，如大于N则进入步骤f；
步骤f：波位寄存器i＝i+1，判断i是否小于总波位数M，如小于等于总波位数M则重复步骤a-e，如大于M则进入步骤g；
步骤g：获取步骤a-f的总时间，记为单次测试时间；
步骤h:重复以上步骤a-g,结束计时，获得三个单次测试时间平均值Meas_Time，作为单个采样位置点的参考测量时间；
通过以下计算对测试速度进行优化计算：
(1)根据最高测试频率，计算采样间隔Meas_Step＝0.48*波长，并根据单次测试时间Meas_Time及考虑到计算机响应时间余量；
(2)设计在0.8倍采样间隔内完成所有状态的采集；
(3)最后得到测试速度Meas_Speed＝0.8*Meas_Step/Meas_Time。
2.根据权利要求1所述的近场天线测试控制装置的测试方法，其特征在于，所述主控计算机对采集回来的数据进行实时处理和显示并以一定的格式进行数据存储。
3.根据权利要求1所述的近场天线测试控制装置的测试方法，其特征在于，所述矢量网络分析仪按照频率更换顺序分别设置为两个通道，通道一的频率顺序为正序，通道二频率顺序为逆序。
4.根据权利要求1所述的近场天线测试控制装置的测试方法，其特征在于，所述平面扫描架及控制系统的探头天线每到一个预定采样位置点发送位置触发信号给测试控制模块。
5.根据权利要求1所述的近场天线测试控制装置的测试方法，其特征在于，通过以下计算对奇偶行位置误差进行补偿：
(1)根据测试时间Meas_Time，以及测试速度Meas_Speed，得到奇偶行测试位置误差Meas_PosErr＝Meas_Speed*Meas_Time；
(2)根据被测天线尺寸、测试中心、测试频率得到二维栅格采样点奇数行的初始位置，记为(x0,y0)；
(3)根据奇偶行位置误差Meas_PosErr进行探头运动路径规划，当进行奇数行测试时，以(x0,y0)为基准计算该行采样点位置，当进行偶数行测试时，以(x0+Meas_PosErr,y0)为基准计算该行采样点位置。
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