CN108414844A - 一种目标天线辐射场型的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种目标天线辐射场型的测试方法，包括：确定目标天线的位置；设定目标天线的工作频段；确定目标天线的结构；计算最小测试半径；设定无人机的飞行参数；将具有预设强度的载波信号馈送至目标天线；根据无人机的飞行参数，使该无人机以目标天线的几何中心为圆心、最小测试半径为飞行半径，进行绕圆飞行；在无人机的飞行轨迹上的各个测试点测试空间场强数据，并获取各个测试点的经度和纬度；计算得到目标天线的相对于最小测试半径的辐射场型图以及目标天线的真实辐射场型图。本发明可以实现不停机对设备的天线辐射场型测试，从而能够及时发现设备天线的运行隐患，提高在用空管设备保障的力度和工作效率。

Description

一种目标天线辐射场型的测试方法

技术领域

本发明涉及航空无线电测量技术，尤其涉及一种目标天线辐射场型的测试方法。

背景技术

目前，随着中国航空事业的高速发展，空管通信导航监视设备增长势头迅猛，因此，对于设备的保障要求也越来越高。然而，现有技术中，对于在用老旧设备的天线部分没有科学且全面的测试手段，而且对于在用设备天线的测试，只有拆下天线送至专业的测试场所(如微波暗室)进行，而天线的拆卸必须要在停机后才能进行，因此，造成了设备安全保障隐患。

另外，对于在用天线，尤其是老旧设备，由于长年污垢的累积，金属生锈等原因，导致天线无法正常拆卸，拆卸天线工作可能会对天线端造成损坏，有些损伤甚至是破坏性的，难以恢复的。而且，对于大尺寸天线，即便在顺利拆卸后，天线在运输过程中，容易受到物理损伤，影响天线的工作性能。同时，对于天线的测试环境也有一定的要求，对于微波暗室，需要一个很大的空间，以降低近场信号的距离误差，从而满足测试数据的正确性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种目标天线辐射场型的测试方法，以避免拆除天线，从而在不影响在用空管设备保障的前提下，直接在现场有效测试在用空管设备天线的辐射场型。

本发明所述的一种目标天线辐射场型的测试方法，其包括以下步骤：

步骤S1，确定目标天线的经度、纬度和高度；

步骤S2，设定所述目标天线的工作频段；

步骤S3，确定所述目标天线的结构；

步骤S4，根据所述目标天线的工作频段，计算该目标天线的工作波长，并根据该目标天线的工作波长和所述目标天线的结构，计算最小测试半径；

步骤S5，设定无人机的飞行参数，包括；将所述无人机的飞行高度设定为与所述目标天线的高度保持一致；

步骤S6，将具有预设强度的载波信号馈送至所述目标天线，以使该载波信号辐射至空间；

步骤S7，根据所述无人机的飞行参数，使该无人机以所述目标天线的几何中心为圆心、所述最小测试半径为飞行半径，进行绕圆飞行；

步骤S8，在所述无人机的飞行轨迹上的各个测试点测试空间场强数据，并获取所述各个测试点的经度和纬度；

步骤S9，根据所述目标天线的经度、纬度、各个测试点的经度、纬度以及所述各个测试点对应的空间场强数据，计算得到所述目标天线的相对于最小测试半径的辐射场型图；

步骤S10，将全向无增益天线放置于所述目标天线的同一位置，将所述载波信号馈送至所述全向无增益天线，以使该载波信号辐射至空间，在以所述全向无增益天线的几何中心为圆心、所述最小测试半径为半径的圆上任取一点作为基准点，在该基准点测试空间场强数据，并计算所述各个测试点对应的空间场强数据相对于该基准点对应的空间场强数据的天线增益量；

步骤S11，根据所述目标天线的经度、纬度、各个测试点的经度、纬度以及所述各个测试点对应的空间场强数据相对于所述基准点对应的空间场强数据的天线增益量，计算得到所述目标天线的真实辐射场型图。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S1包括：通过使用GPS设备和气压式高度计确定所述目标天线的经度、纬度和高度。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S4包括：当所述目标天线为单元天线时，所述最小测试半径r_min＝所述目标天线的工作波长λ；当所述目标天线为阵列天线时，所述最小测试半径r_min＝2D²/λ，其中，D表示阵列天线的长度，λ表示所述目标天线的工作波长λ。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S5还包括：根据所述目标天线的有效辐射方位角，选定所述无人机需要飞行的角度范围；设定所述无人机在水平面内绕所述目标天线飞行或在垂直面内绕所述目标天线飞行；设定所述无人机的飞行轨迹上的测试点的位置和数量；

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S5还包括：设定所述无人机在水平面内绕所述目标天线飞行360°；设定所述无人机的飞行轨迹上的测试点的数量为：在360°范围内的每一度不少于一个测试点。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S6包括：通过信号发生器将所述载波信号馈送至所述目标天线，所述载波信号的预设强度的范围为0至30dBm，并以所述无人机上的机载接收装置检测到该载波信号恒大于噪声6dB为准。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S8包括：通过所述无人机上的机载接收装置测试所述空间场强数据，通过所述无人机上的机载GPS设备获取所述各个测试点的经度和纬度。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S9包括：首先，根据以下公式分别计算所述各个测试点的角度S：

式中，Aj表示目标天线的经度，Aw表示目标天线的纬度，Bj表示测试点的经度，Bw表示测试点的纬度；

然后，以所述各个测试点的角度S为横坐标，以所述各个测试点对应的空间场强数据为纵坐标，绘制得到所述目标天线的相对于最小测试半径的辐射场型图。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S10包括：当所述目标天线为全向增益天线时，所述各个测试点对应的空间场强数据与所述基准点对应的空间场强数据之间的差值相等，并将所述差值作为所述天线增益量；当所述目标天线为方向性天线时，所述各个测试点对应的空间场强数据与所述基准点对应的空间场强数据的差值不相等，并将所述差值作为天线增益量，且将所述各个测试点对应的空间场强数据中的最大值与所述基准点对应的空间场强数据之间的差值作为天线最大增益量。

在上述的目标天线辐射场型的测试方法中，所述步骤S11包括：首先，根据以下公式分别计算所述各个测试点的角度S：

式中，Aj表示目标天线的经度，Aw表示目标天线的纬度，Bj表示测试点的经度，Bw表示测试点的纬度；

然后，以所述各个测试点的角度S为横坐标，以所述各个测试点对应的空间场强数据相对于所述基准点对应的空间场强数据的天线增益量为纵坐标，绘制得到所述目标天线的真实辐射场型图。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明利用无人机可以在空管在用设备不拆除天线、不影响发射信号的前提下，实现不停机对设备的天线辐射场型测试，从而解决了拆卸天线可能引起的天线端损坏，天线运输过程中的发生的天线端挤压致使天线变形，测试空间不够而引起测量误差等问题，进而能够及时发现设备天线的运行隐患，提高在用空管设备保障的力度和工作效率。另外，由于本发明中目标天线的测试环境是在外部空间中直接进行的，而空间测试范围比密室更广阔，因此通过广阔的测试区域可以有效避免近距离测试的几何误差。

附图说明

图1是本发明一种目标天线辐射场型的测试方法中最小测试半径与目标天线的关系示意图；

图2a、b分别是本发明一种目标天线辐射场型的测试方法中无人机的飞行姿态俯视图和正视图；

图3是全向增益天线相对于全向无增益天线的天线增益量的示意图；

图4是方向性天线相对于全向无增益天线的天线增益量的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

本发明，即一种目标天线辐射场型的测试方法，其包括以下步骤：

步骤S1，确定目标天线的位置，包括：通过使用GPS设备和气压式高度计确定目标天线的经度、纬度和高度；

步骤S2，设定目标天线所需检测的频段；此处所需检测的频段可以是目标天线所在台站对应的工作频段，也可以根据实际需要，通过频谱仪自定义频段；

步骤S3，确定目标天线的结构，包括：判断目标天线是阵列天线或是单元天线(两种天线对应的最小测试半径的计算方法不同)；

步骤S4，根据步骤S2中设定的目标天线的工作频段，计算目标天线的工作波长λ(公知的计算公式为波长(m)＝光速(300000000m/s)/频率(Hz))，然后根据步骤S3中确定的目标天线的结构，计算最小测试半径r_min，即目标天线的中心到测试点的水平投影值(而并非两者的直线距离斜距)：当目标天线为单元天线时，最小测试半径r_min＝λ；当目标天线为阵列天线时，最小测试半径r_min＝2D²/λ，其中，D表示阵列天线的长度(如图1所示，该计算公式的理论依据为：测试点按球面波前到达目标天线的边缘的波程L₁，与测试点按球面波前到达目标天线的中心的波程L₂，两者的差值Δ要小于λ/16)；

步骤S5，设定无人机的飞行参数，包括：无人机的飞行高度、飞行角度范围、飞行方式、飞行轨迹上测试点的位置和数量，包括：将无人机的飞行高度设定为与目标天线的高度保持一致；根据目标天线的有效辐射方位角，选定无人机需要飞行的角度范围，一般包括360°范围绕飞、目标天线正向180°范围绕飞以及实际需要指定角度范围的绕飞，在本实施例中，设定为360°范围绕飞；设定无人机是在水平面内绕目标天线飞行(用于测试目标天线的水平方向图)或是在垂直面内绕目标天线飞行(用于测试目标天线的垂直方向图)，在本实施例中，设定为水平绕飞；根据测试需要，在无人机航线管理程序中设定无人机飞行轨迹上测试点的位置和数量，原则为以全方位360°上，每一度不少于一个测试点；

步骤S6，通过信号发生器将具有预设强度的载波信号馈送至目标天线，以使该载波信号辐射至空间，其中，载波信号的预设强度的范围为0至30dBm，以无人机上的机载接收装置检测到该载波信号恒大于噪声6dB为准；

步骤S7，根据步骤S5中设定的无人机的飞行参数，使无人机以目标天线的几何中心为圆心、最小测试半径为飞行半径，进行绕圆飞行(如图2a、b所示)；

步骤S8，在无人机飞行轨迹上的每个测试点通过无人机上的机载接收装置测试空间场强数据(即，相对于位置的信号辐射强度)，同时通过无人机上的机载GPS设备获取每个测试点的经度和纬度；

步骤S9，根据各个测试点的经度和纬度以及各个测试点对应的空间场强数据，计算得到目标天线的相对于最小测试半径的辐射场型图(由于本实施例中，无人机设定为水平绕飞，因此，理想情况下，该辐射场型图即为目标天线参数中给出的理论水平方向图)，包括：

首先，根据以下公式分别计算各个测试点的角度S：

式中，Aj表示目标天线的经度，Aw表示目标天线的纬度，Bj表示测试点的经度，Bw表示测试点的纬度；

然后，以各个测试点的角度S为横坐标，以各个测试点对应的空间场强数据为纵坐标，绘制得到的曲线即为目标天线的相对于最小测试半径的辐射场型图，在本实施例中由于是在水平面上测得的天线信号分布强度，因此也即为目标天线的水平方向上的辐射场型图；

步骤S10，将全向无增益天线放置于目标天线的同一位置，即，该全向无增益天线的经度、纬度和高度均与目标天线完全一致，通过信号发生器将具有预设强度的载波信号馈送至该全向无增益天线，以使该载波信号辐射至空间，在以该全向无增益天线的几何中心为圆心、最小测试半径为半径的圆上任取一点作为基准点，在该基准点通过无人机上的机载接收装置测试空间场强数据，并计算各个测试点对应的空间场强数据相对于该基准点对应的空间场强数据的天线增益量，包括：

当目标天线为全向增益天线时，各个测试点对应的空间场强数据与基准点对应的空间场强数据的差值即为天线增益量，且所有天线增益量相同(如图3所示)；当目标天线为方向性天线时，各个测试点对应的空间场强数据与基准点对应的空间场强数据的差值即为天线增益量，且所有天线增益量不相等，其中各个测试点对应的空间场强数据中的最大值与基准点对应的空间场强数据的差值即为天线最大增益量(如图4所示)；

步骤S11，以各个测试点的角度S为横坐标，以各个测试点对应的空间场强数据相对于基准点对应的空间场强数据的天线增益量为纵坐标，绘制得到的曲线即为目标天线的真实辐射场型图。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，确定目标天线的经度、纬度和高度；

步骤S2，设定所述目标天线的工作频段；

步骤S3，确定所述目标天线的结构；

步骤S4，根据所述目标天线的工作频段，计算该目标天线的工作波长，并根据该目标天线的工作波长和所述目标天线的结构，计算最小测试半径；

步骤S5，设定无人机的飞行参数，包括；将所述无人机的飞行高度设定为与所述目标天线的高度保持一致；

步骤S6，将具有预设强度的载波信号馈送至所述目标天线，以使该载波信号辐射至空间；

步骤S7，根据所述无人机的飞行参数，使该无人机以所述目标天线的几何中心为圆心、所述最小测试半径为飞行半径，进行绕圆飞行；

步骤S8，在所述无人机的飞行轨迹上的各个测试点测试空间场强数据，并获取所述各个测试点的经度和纬度；

步骤S9，根据所述目标天线的经度、纬度、各个测试点的经度、纬度以及所述各个测试点对应的空间场强数据，计算得到所述目标天线的相对于最小测试半径的辐射场型图；

步骤S10，将全向无增益天线放置于所述目标天线的同一位置，将所述载波信号馈送至所述全向无增益天线，以使该载波信号辐射至空间，在以所述全向无增益天线的几何中心为圆心、所述最小测试半径为半径的圆上任取一点作为基准点，在该基准点测试空间场强数据，并计算所述各个测试点对应的空间场强数据相对于该基准点对应的空间场强数据的天线增益量；

步骤S11，根据所述目标天线的经度、纬度、各个测试点的经度、纬度以及所述各个测试点对应的空间场强数据相对于所述基准点对应的空间场强数据的天线增益量，计算得到所述目标天线的真实辐射场型图。

2.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S1包括：通过使用GPS设备和气压式高度计确定所述目标天线的经度、纬度和高度。

3.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S4包括：当所述目标天线为单元天线时，所述最小测试半径r_min＝所述目标天线的工作波长λ；当所述目标天线为阵列天线时，所述最小测试半径r_min＝2D²/λ，其中，D表示阵列天线的长度，λ表示所述目标天线的工作波长λ。

4.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：根据所述目标天线的有效辐射方位角，选定所述无人机需要飞行的角度范围；设定所述无人机在水平面内绕所述目标天线飞行或在垂直面内绕所述目标天线飞行；设定所述无人机的飞行轨迹上的测试点的位置和数量。

5.根据权利要求4所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：设定所述无人机在水平面内绕所述目标天线飞行360°；设定所述无人机的飞行轨迹上的测试点的数量为：在360°范围内的每一度不少于一个测试点。

6.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S6包括：通过信号发生器将所述载波信号馈送至所述目标天线，所述载波信号的预设强度的范围为0至30dBm，并以所述无人机上的机载接收装置检测到该载波信号恒大于噪声6dB为准。

7.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S8包括：通过所述无人机上的机载接收装置测试所述空间场强数据，通过所述无人机上的机载GPS设备获取所述各个测试点的经度和纬度。

8.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S9包括：首先，根据以下公式分别计算所述各个测试点的角度S：

式中，Aj表示目标天线的经度，Aw表示目标天线的纬度，Bj表示测试点的经度，Bw表示测试点的纬度；

然后，以所述各个测试点的角度S为横坐标，以所述各个测试点对应的空间场强数据为纵坐标，绘制得到所述目标天线的相对于最小测试半径的辐射场型图。

9.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S10包括：当所述目标天线为全向增益天线时，所述各个测试点对应的空间场强数据与所述基准点对应的空间场强数据之间的差值相等，并将所述差值作为所述天线增益量；当所述目标天线为方向性天线时，所述各个测试点对应的空间场强数据与所述基准点对应的空间场强数据的差值不相等，并将所述差值作为天线增益量，且将所述各个测试点对应的空间场强数据中的最大值与所述基准点对应的空间场强数据之间的差值作为天线最大增益量。

10.根据权利要求1所述的目标天线辐射场型的测试方法，其特征在于，所述步骤S11包括：首先，根据以下公式分别计算所述各个测试点的角度S：

式中，Aj表示目标天线的经度，Aw表示目标天线的纬度，Bj表示测试点的经度，Bw表示测试点的纬度；

然后，以所述各个测试点的角度S为横坐标，以所述各个测试点对应的空间场强数据相对于所述基准点对应的空间场强数据的天线增益量为纵坐标，绘制得到所述目标天线的真实辐射场型图。