CN108062036B - 一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统及实现方法 - Google Patents
一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统及实现方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统，包括复合阵列结构、复合阵列馈电系统、计算机控制分系统。所述复合阵列结构包括阵列球面屏、阵列支架和阵列维护平台，所述复合阵列馈电系统包括精位控制模块、粗位控制模块、功率合成器、Ku放大和Ka上变频切换组合模块、毫米波本振与功分馈电模块、Ku/Ka波段辐射天线、W波段辐射天线、离散馈电模块、射频电缆。本发明还提出一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，本发明可以采用三元组实现Ku/Ka/W三波段的信号合成和辐射，从而实现三波段的三元组复合仿真，解决了当前仅有Ku/Ka和Ka/W复合仿真而无法实现Ku/Ka/W三波段的三元组复合仿真的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统及实现方法，属于电子信息工程射频半实物仿真技术领域。
背景技术
毫米波制导系统是精确末制导主要敏感器之一，主要用于大气层内拦截。它具有体积小、效能高、抗干扰及反隐身能力强、能对付多目标、后勤支援简单，且具有一维成像及高分辨角跟踪等特点，是一种极具发展潜力的自寻的末制导系统。它与微波制导系统形成的复合制导系统，是提高武器系统综合制导性能的一种重要方式。微波毫米波复合制导系统研制完成后，为缩短研制周期、减少巨大外场试验耗资、评估边界条件下的性能，需要在实验室环境下对复合制导系统进行半实物仿真试验及测试，而复合阵列系统是半实物仿真系统的关键组成部分。
当前，微波和毫米波复合阵列系统主要有如下几种实现方案：
第一种方案：Ku/Ka的复合，即主要实现微波和8mm波段的复合。
这种阵列方案中微波和毫米波通过复合布局，可以实现视场角范围内微波和毫米波的三元组合成和目标角位置模拟。
第二种方案：Ka/W的复合，即主要实现8mm波段和3mm波段的复合。
这种阵列方案中八毫米波和三毫米波通过复合布局，可以实现视场角范围内八毫米波和三毫米波的三元组合成和目标角位置模拟。
第三种方案：这种阵列方案是上述两种方案的组合，采用分区形式在同一个球面阵上实现Ku/Ka和Ka/W波段的组合仿真。虽然这种方案可以在同一球面阵上实现Ku/Ka/W三波段的仿真，但是无法实现以上三波段的三元组复合仿真。
由上方案可知，现有的Ku/Ka/W三波段阵列方案均有不足之处，无法实现Ku/Ka/W三波段的三元组复合仿真，无法满足当前实验室环境下三波段复合仿真试验测试需要，严重制约了射频仿真技术的发展和复合制导设备的仿真试验。
为此，本发明专利提出一种用于Ku/Ka/W三波段仿真试验的复合阵列系统及实现方法，以期能够解决上述技术问题。
发明内容
由于现有Ku/Ka/W三波段阵列方案均有不足之处，无法实现Ku/Ka/W三波段的三元组复合仿真，无法满足当前实验室环境下三波段复合仿真试验测试需要，因此本发明的目的是提出一种用于Ku/Ka/W三波段仿真试验的复合阵列系统及实现方法，用于实现Ku/Ka/W三波段复合仿真试验，从而可为复合制导设备的研制和性能参数评估提供可靠的试验手段，这将会极大促进国内射频仿真试验技术的发展。
本发明采用如下技术方案：一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统，其特征在于，包括复合阵列结构，所述复合阵列结构上分别设置有精位控制模块、粗位控制模块、功率合成器、Ku放大和Ka上变频切换组合模块、毫米波本振与功分馈电模块、Ku/Ka波段辐射天线、W波段辐射天线、离散馈电模块、计算机控制分系统、射频电缆。
作为一种较佳的实施例，所述Ku/Ka波段辐射天线与所述W波段辐射天线均通过所述射频电缆依次连接所述功率合成器、所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块、所述毫米波本振与功分馈电模块、所述粗位控制模块、所述精位控制模块、所述计算机控制分系统，所述离散馈电模块与所述计算机控制分系统相连接，所述离散馈电模块用于实现信号的接收，以及干扰信号的辐射功能。
作为一种较佳的实施例，复合阵列结构包括阵列球面屏、阵列支架和阵列维护平台，阵列支架与所述阵列维护平台固定安装在室内专用地基上，所述阵列球面屏固定安装在所述阵列支架上，所述阵列维护平台位于所述阵列球面屏的后部。
作为一种较佳的实施例，所述阵列球面屏上开设有若干辐射天线安装孔，所述Ku/Ka波段辐射天线与所述W波段辐射天线均安装在所述辐射天线安装孔中。
作为一种较佳的实施例，所述Ku/Ka波段辐射天线和所述W波段辐射天线在所述阵列球面屏上采用异行混合布局方式，实现三波段的复合仿真。
本发明还提出一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，包括：所述计算机控制分系统控制每个通道内经过各种调制后的目标回波信号，经过功分器功分为A、B、C三个支路，信号在A、B、C三个支路中先通过所述精位控制模块进行微波精位控制，控制三个支路输出信号的幅度和相位，所述精位控制模块输出的三个支路信号进入所述粗位控制模块，由所述粗位控制模块选通所述阵列球面屏上的三元组辐射天线，选择仿真试验要求到达的所述阵列球面屏上的某个三元组进行信号辐射。
作为一种较佳的实施例，本发明具体包括如下步骤：
步骤SS1：被试产品至目标视线的运动等效为辐射中心在所述复合阵列结构上的所述阵列球面屏上的运动；
步骤SS2：Ku频段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号；
步骤SS3：Ka频段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号；
步骤SS4：W波段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1具体包括：所述阵列球面屏上的三个相邻辐射天线构成一个三元组天线，所述三元组天线的辐射信号合成形成等效辐射中心，所述等效辐射中心在所述三元组天线之内的运动，或者从一个三元组天线到另一个三元组天线之间的运动，代表了被试产品至目标视线的运动；所述等效辐射中心在所述三元组天线内的位置是通过控制所述三元组天线的三个辐射天线的辐射信号的相对振幅来控制的，前提是在相位一致的情况下；其中，控制信号的所述等效辐射中心在所述三元组天线内的角位置运动，称为精位控制，所述等效辐射中心在所述三元组天线之间的运动是通过粗位控制模块来实现的，称为粗位控制。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：Ku频段的射频信号进入复合阵列系统中的精位控制模块；首先将输入的射频信号通过功分器功分为A、B、C三个支路，信号在A、B、C三个支路中分别通过所述精位控制模块进行精位控制，即控制三个支路输出信号的幅度和相位；然后，所述精位控制模块输出的三个支路信号进入所述粗位控制模块，由所述粗位控制模块选通所述阵列球面屏上的三元组辐射天线；最后，各通道的所述粗位控制模块的输出信号经过所述功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入至所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块，经过频率切换开关进行Ku放大，放大后的信号经所述Ku/Ka波段辐射天线向被试产品辐射试验信号。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3具体包括：Ka频段的射频信号与毫米波本振信号混频下变频到X波段微波中频信号，所述X波段微波中频信号经过各种调制后输入给所述复合阵列系统内的所述精位控制模块和所述粗位控制模块，分别实现精位控制和粗位控制，而后各通道的所述粗位控制模块输出信号经过所述功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入至所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块，经过频率切换开关进行Ka上变及功率放大，放大后的信号经所述Ku/Ka波段辐射天线向被试产品辐射试验信号。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：W波段的射频信号与毫米波本振信号混频下变频到X波段微波中频信号，所述X波段微波中频信号经过与Ku波段相同的所述精位控制模块后，经过频段选择开关将信号切换到所述粗位控制模块；而后各通道的所述粗位控制模块输出信号经过功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入到所述毫米波本振与功分馈电模块，与本振信号混频上变频到W波段信号后经过放大，输出到所述W波段辐射天线将信号辐射出去。
本发明所达到的有益效果：本发明可以采用三元组实现Ku/Ka/W三波段的信号合成和辐射，从而实现三波段的三元组复合仿真，解决了当前仅有Ku/Ka和Ka/W复合仿真而无法实现Ku/Ka/W三波段的三元组复合仿真的难题。
附图说明
图1是本发明的复合阵列结构的结构示意图。
图2是本发明的复合阵列系统的组成及工作原理图。
图中标记的含义：1-复合阵列结构，2-阵列球面屏，3-阵列支架，4-阵列维护平台，5-辐射天线安装孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明的复合阵列结构的结构示意图。本发明提出一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统，包括复合阵列结构1，复合阵列结构1上分别设置有精位控制模块、粗位控制模块、功率合成器、Ku放大和Ka上变频切换组合模块、毫米波本振与功分馈电模块、Ku/Ka波段辐射天线、W波段辐射天线、离散馈电模块、计算机控制分系统、射频电缆。
作为一种较佳的实施例，Ku/Ka波段辐射天线与W波段辐射天线均通过所述射频电缆依次连接所述功率合成器、Ku放大和Ka上变频切换组合模块、毫米波本振与功分馈电模块、粗位控制模块、精位控制模块、计算机控制分系统，离散馈电模块与计算机控制分系统相连接，离散馈电模块用于实现信号的接收，以及干扰信号的辐射功能。
作为一种较佳的实施例，复合阵列结构1包括阵列球面屏2、阵列支架3、阵列维护平台4，阵列支架3与阵列维护平台4固定安装在室内专用地基上，其中，室内一般为微波暗室；阵列球面屏2固定安装在阵列支架3上，阵列维护平台4位于阵列球面屏2的后部。
作为一种较佳的实施例，阵列球面屏2上开设有若干辐射天线安装孔5，Ku/Ka波段辐射天线与W波段辐射天线均安装在辐射天线安装孔5中。
图2是本发明的复合阵列系统的组成及工作原理图。本发明还提出一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，包括：所述计算机控制分系统控制每个通道内经过各种调制后的目标回波信号，经过功分器功分为A、B、C三个支路，信号在A、B、C三个支路中先通过所述精位控制模块进行微波精位控制，控制三个支路输出信号的幅度和相位，所述精位控制模块输出的三个支路信号进入所述粗位控制模块，由粗位控制模块选通所述阵列球面屏2上的三元组辐射天线，选择仿真试验要求到达的阵列球面屏2上的某个三元组进行信号辐射。所述精位控制模块和所述粗位控制模块的协同工作就能够实现阵列球面屏2上任意角位置的射频信号辐射。
作为一种较佳的实施例，本发明具体包括如下步骤：
步骤SS1：被试产品至目标视线的运动等效为辐射中心在复合阵列结构1上的所述阵列球面屏2上的运动；
步骤SS2：Ku频段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号；
步骤SS3：Ka频段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号；
步骤SS4：W波段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1具体包括：阵列球面屏2上的三个相邻辐射天线构成一个三元组天线，所述三元组天线的辐射信号合成形成等效辐射中心，所述等效辐射中心在所述三元组天线之内的运动，或者从一个三元组天线到另一个三元组天线之间的运动，代表了被试产品至目标视线的运动；所述等效辐射中心在所述三元组天线内的位置是通过控制所述三元组天线的三个辐射天线的辐射信号的相对振幅来控制的，前提是在相位一致的情况下；其中，控制信号的所述等效辐射中心在所述三元组天线内的角位置运动，称为精位控制，所述等效辐射中心在所述三元组天线之间的运动是通过粗位控制模块来实现的，称为粗位控制。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：Ku频段的射频信号进入复合阵列系统中的精位控制模块；首先将输入的射频信号通过功分器功分为A、B、C三个支路，信号在A、B、C三个支路中分别通过所述精位控制模块进行精位控制，即控制三个支路输出信号的幅度和相位；然后，所述精位控制模块输出的三个支路信号进入所述粗位控制模块，由所述粗位控制模块选通阵列球面屏2上的三元组辐射天线；最后，各通道的所述粗位控制模块的输出信号经过所述功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入至所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块，经过频率切换开关进行Ku放大，放大后的信号经所述Ku/Ka波段辐射天线向被试产品辐射试验信号。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3具体包括：Ka频段的射频信号与毫米波本振信号混频下变频到X波段微波中频信号，所述X波段微波中频信号经过各种调制后输入给所述复合阵列系统内的所述精位控制模块和所述粗位控制模块，分别实现精位控制和粗位控制，而后各通道的所述粗位控制模块输出信号经过所述功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入至所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块，经过频率切换开关进行Ka上变及功率放大，放大后的信号经所述Ku/Ka波段辐射天线向被试产品辐射试验信号。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：W波段的射频信号与毫米波本振信号混频下变频到X波段微波中频信号，所述X波段微波中频信号经过与Ku波段相同的所述精位控制模块后，经过频段选择开关将信号切换到所述粗位控制模块；而后各通道的所述粗位控制模块输出信号经过功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入到所述毫米波本振与功分馈电模块，与本振信号混频上变频到W波段信号后经过放大，输出到所述W波段辐射天线将信号辐射出去。
作为本发明的一种更佳的具体实施例的主要分系统的参数如下：
1)工作频率范围：Ku、Ka、W；
2)视场角(相对转台中心)：不小于±30°×±30°(方位×俯仰)；
3)复合阵列形式：球面球冠面阵，目标采用三元组合成方式(辐射天线带六自由度调整装置)，干扰和接收采用离散方式布置；
4)复合阵列安装完毕后，阵面结构空载与设计满载变形≤2mm，安装孔定位误差≤0.1mrad；
5)天线极化形式：水平/垂直极化；
6)辐射天线单元间距(按三元组合成方式设计)：24mrad(Ku/Ka波段)，12mrad(W波段)；
7)最大射频馈电通道数：不少于4个；
8)阵列模拟角位置精度：
Ku波段：≤1mrad(r.m.s)；
Ka波段：≤0.5mrad(r.m.s)；
W波段：≤0.5mrad(r.m.s)；
9)适应信号频率捷变：≤2GHz。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统，其特征在于，包括复合阵列结构(1)，所述复合阵列结构(1)上分别设置有精位控制模块、粗位控制模块、功率合成器、Ku放大和Ka上变频切换组合模块、毫米波本振与功分馈电模块、Ku/Ka波段辐射天线、W波段辐射天线、离散馈电模块、计算机控制分系统、射频电缆；
所述Ku/Ka波段辐射天线与所述W波段辐射天线均通过所述射频电缆依次连接所述功率合成器、所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块、所述毫米波本振与功分馈电模块、所述粗位控制模块、所述精位控制模块、所述计算机控制分系统，所述离散馈电模块与所述计算机控制分系统相连接，所述离散馈电模块用于实现信号的接收，以及干扰信号的辐射功能；
所述复合阵列结构(1)包括阵列球面屏(2)、阵列支架(3)和阵列维护平台(4)，所述阵列支架(3)与所述阵列维护平台(4)固定安装在室内专用地基上，所述阵列球面屏(2)固定安装在所述阵列支架(3)上，所述阵列维护平台(4)位于所述阵列球面屏(2)的后部；
所述阵列球面屏(2)上开设有若干辐射天线安装孔(5)，所述Ku/Ka波段辐射天线与所述W波段辐射天线均安装在所述辐射天线安装孔(5)中。
2.一种基于权利要求1所述的用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，包括：所述计算机控制分系统控制每个通道内经过各种调制后的目标回波信号，经过功分器功分为A、B、C三个支路，信号在A、B、C三个支路中先通过所述精位控制模块进行微波精位控制，控制三个支路输出信号的幅度和相位，所述精位控制模块输出的三个支路信号进入所述粗位控制模块，由所述粗位控制模块选通所述阵列球面屏(2)上的三元组辐射天线，选择仿真试验要求到达的所述阵列球面屏(2)上的某个三元组进行信号辐射。
3.根据权利要求2所述的一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤SS1：被试产品至目标视线的运动等效为辐射中心在所述复合阵列结构(1)上的所述阵列球面屏(2)上的运动；
步骤SS2：Ku频段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号；
步骤SS3：Ka频段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号；
步骤SS4：W波段的射频信号进入复合阵列系统中处理后通过辐射天线向被试产品辐射试验信号。
4.根据权利要求3所述的一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，所述步骤SS1具体包括：所述阵列球面屏(2)上的三个相邻辐射天线构成一个三元组天线，所述三元组天线的辐射信号合成形成等效辐射中心，所述等效辐射中心在所述三元组天线之内的运动，或者从一个三元组天线到另一个三元组天线之间的运动，代表了被试产品至目标视线的运动；所述等效辐射中心在所述三元组天线内的位置是通过控制所述三元组天线的三个辐射天线的辐射信号的相对振幅来控制的，前提是在相位一致的情况下；其中，控制信号的所述等效辐射中心在所述三元组天线内的角位置运动，称为精位控制，所述等效辐射中心在所述三元组天线之间的运动是通过粗位控制模块来实现的，称为粗位控制。
5.根据权利要求3所述的一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：Ku频段的射频信号进入复合阵列系统中的精位控制模块；首先将输入的射频信号通过功分器功分为A、B、C三个支路，信号在A、B、C三个支路中分别通过所述精位控制模块进行精位控制，即控制三个支路输出信号的幅度和相位；然后，所述精位控制模块输出的三个支路信号进入所述粗位控制模块，由所述粗位控制模块选通所述阵列球面屏(2)上的三元组辐射天线；最后，各通道的所述粗位控制模块的输出信号经过所述功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入至所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块，经过频率切换开关进行Ku放大，放大后的信号经所述Ku/Ka波段辐射天线向被试产品辐射试验信号。
6.根据权利要求3所述的一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，所述步骤SS3具体包括：Ka频段的射频信号与毫米波本振信号混频下变频到X波段微波中频信号，所述X波段微波中频信号经过各种调制后输入给所述复合阵列系统内的所述精位控制模块和所述粗位控制模块，分别实现精位控制和粗位控制，而后各通道的所述粗位控制模块输出信号经过所述功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入至所述Ku放大和Ka上变频切换组合模块，经过频率切换开关进行Ka上变及功率放大，放大后的信号经所述Ku/Ka波段辐射天线向被试产品辐射试验信号。
7.根据权利要求3所述的一种用于Ku/Ka/W波段仿真试验的复合阵列系统的实现方法，其特征在于，所述步骤SS4具体包括：W波段的射频信号与毫米波本振信号混频下变频到X波段微波中频信号，所述X波段微波中频信号经过与Ku波段相同的所述精位控制模块后，经过频段选择开关将信号切换到所述粗位控制模块；而后各通道的所述粗位控制模块输出信号经过功率合成器合成一路信号，所述合成一路信号输入到所述毫米波本振与功分馈电模块，与本振信号混频上变频到W波段信号后经过放大，输出到所述W波段辐射天线将信号辐射出去。
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