CN109490880A - 一种同步信号测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步信号测量方法，采用预设缩小比例，建立待测卫星的缩比卫星模型；所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；在预设距离上，向所述缩比卫星模型发射预设线性调频信号平面波；根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型的预设空间角度；获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号。本发明公开了一种同步信号测量系统。

Description

一种同步信号测量方法和装置
技术领域
本发明涉及星载双基地干涉合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)相位同步技术，尤其涉及一种同步信号测量方法和装置。
背景技术
根据星载双基地干涉SAR(简称：星载双基SAR)的工作原理，为了实现星载双基SAR的高分辨率成像，提高星载双基SAR的干涉测量精度和系统性能，需要对双基进行同步。
星载双基SAR相位同步方案可采用空间全覆盖的同步天线发射线性调频波进行脉冲对传，并通过脉冲压缩获取同步信号的初始相位，进而实现星载双基SAR的相位同步。
星载双基SAR相位同步过程中，相位同步天线的多径效应，会对星载双基SAR的相位同步产生影响。由于相位同步天线的波束极宽，使得其在旁瓣和背瓣方向仍具有一定的增益电平，这部分信号与卫星平台相互作用而产生多径效应，会对天线的主波束方向图造成一定的影响。多径效应对星载双基SAR的同步信号接收造成的影响，需要通过实验进行验证，即需要对同步信号进行测量评估。但是，由于卫星平台尺寸过于庞大，无法直接在地面进行同步信号的测量。
因此，如何实现在地面对星载双基SAR的同步信号的多径效应的影响进行评估，是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种同步信号测量方法和装置，能实现在地面对星载双基SAR的同步信号的多径效应的影响进行评估。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种同步信号测量方法，所述方法包括：
采用预设缩小比例，建立待测卫星的缩比卫星模型；所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；
在预设距离上，向所述缩比卫星模型发射预设线性调频信号平面波；
根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型的预设空间角度；获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号。
上述方案中，所述预设线性调频信号包括：
将所述相位同步天线工作中心频率乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的中心频率；
将所述相位同步天线工作频率带宽乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的频率带宽。
上述方案中，所述发射预设线性调频信号平面波：包括：
在所述频率带宽范围内，采用预设频率间隔扫频发射所述线性调频信号平面波。
上述方案中，所述获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号之后，所述方法还包括：
将所述每个预设空间角度分别对应的所述接收信号沿频率轴做逆傅里叶(Fourier)变换，并对所述逆Fourier变换结果取峰值，得到所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值；
将所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值确定为每个预设空间角度分别对应的同步信号。
上述方案中，所述方法还包括：
获取所述缩比同步天线在最大增益对准所述线性调频信号平面波时的第二压缩增益峰值；
将每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值分别减去第二压缩增益峰值之差，再加上所述缩比同步天线的标准增益，得到所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益。
上述方案中，所述发射预设线性调频信号平面波，包括：
通过馈源将所述预设线性调频信号照射到预设弧度的反射面，得到所述预设线性调频信号平面波。
本发明实施例还提供了一种同步信号测量系统，所述系统包括：微波暗室，设置于微波暗室中的采用预设缩小比例根据待测卫星的建立的缩比卫星模型、信号发生装置和多轴转台，以及信号接收处理装置；其中，
所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；
所述信号发生装置，用于在预设距离上，向所述缩比卫星模型发射预设线性调频信号平面波；
所述多轴转台，用于根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型的预设空间角度；
所述信号接收处理装置，用于获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号。
上述方案中，所述预设线性调频信号的中心频率为所述相位同步天线工作中心频率乘以所述预设缩小比例倒数之积；
所述预设线性调频信号的频率带宽为所述相位同步天线工作频率带宽乘以所述预设缩小比例倒数之积。
上述方案中，所述信号发生装置，具体用于：
在所述频率带宽范围内，采用预设频率间隔扫频发射所述线性调频信号平面波。
上述方案中，所述信号接收处理装置，还用于：在获取所述接收信号之后，将所述每个预设空间角度分别对应的所述接收信号沿频率轴做逆Fourier变换，并对所述逆Fourier变换结果取峰值，得到所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值；
将所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值确定为每个预设空间角度分别对应的同步信号。
上述方案中，所述信号接收处理装置，还用于：获取所述缩比同步天线在最大增益对准所述线性调频信号平面波时的第二压缩增益峰值；
将每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值分别减去第二压缩增益峰值之差，再加上所述缩比同步天线的标准增益，得到所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益。
上述方案中，所述信号发生装置包括：馈源和预设弧度的反射面，所述预设线性调频信号通过馈源照射所述预设弧度的反射面，得到所述预设线性调频信号平面波。
本发明实施例所提供的同步信号测量方法和装置，采用预设缩小比例，建立待测卫星的缩比卫星模型；所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；在预设距离上，向所述缩比卫星模型发射预设线性调频信号平面波；根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型的预设空间角度；获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号。如此，通过对缩比卫星模型在多径效应场景下，接收信号在各空间角度的覆盖情况的测量，模拟星载双基SAR的同步信号，进而评估星载双基SAR同步信号的多径效应影响。
附图说明
图1为本发明实施例同步信号测量方法的流程示意图；
图2为本发明实施例缩比卫星组成结构示意图；
图3为本发明实施例同步信号测量系统组成结构示意图；
图4为本发明实施例不同频率点的天线方向图示意图；
图5为本发明实施例一个空间角度的脉冲压缩结果示意图；
图6为本发明实施例第二压缩增益峰值测量系统组成结构示意图；
图7为本发明实施例接收信号数据处理流程示意图；
图8为本发明实施例第一个缩比同步天线的第一压缩增益峰值方向图；
图9为本发明实施例第二个缩比同步天线的第一压缩增益峰值方向图；
图10为本发明实施例第三个缩比同步天线的第一压缩增益峰值方向图；
图11为本发明实施例第四个缩比同步天线的第一压缩增益峰值方向图；
图12为本发明实施例缩比卫星模型的第一压缩增益峰值方向图；
图13为本发明实施例缩比卫星模型4个缩比天线的空间覆盖图。
具体实施方式
本发明实施例中，采用预设缩小比例，建立待测卫星的缩比卫星模型；所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；在预设距离上，向所述缩比卫星模型发射预设线性调频信号平面波；根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型的预设空间角度；获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号。
本发明实施例提供的同步信号测量方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：采用预设缩小比例，建立待测卫星的缩比卫星模型；所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；
为避免外部环境的干扰，通常电磁波信号的发送接收等测试通常在微波暗室等环境中进行；由于实际待测卫星的尺寸过于庞大，无法直接在空间有限的微波暗室内进行相位同步天线多径效应的测试实验。这里，可以采用待测星载双基SAR的缩比模型进行同步天线的地面测试；
所述缩小比例可以根据微波暗室的空间进行设置，如将缩小比例设置为1/8，即将缩比卫星模型做成待测卫星的1/8；
所述缩比同步天线的数量可以和待测卫星上相位同步天线的数量一致，并且缩比同步天线所在缩比卫星模型的位置可以与相位同步天线所处待测卫星上的位置一致。如图2所示，可以建立缩比卫星模型10，并在缩比卫星模型10设置4个缩比同步天线11；也可以人为选择缩比同步天线11数量、位置和方位等，以通过测试获得更优化的相位同步天线数量、位置和方位等；如图3所示的同步信号测量系统中，可以在图示微波暗室20中对所述缩比卫星模型10进行测试；这里，可以在微波暗室20中搭建天线测试紧缩场。
步骤102：在预设距离上，向所述缩比卫星模型10发射预设线性调频信号平面波；
星载双基SAR相位同步天线可工作于L波段，并且在设计相位同步天线时，为了保证较高的信噪比，通常具有较大的电尺寸，这就导致星载双基SAR相位同步天线测试需要几公里的远场条件；这里，远场条件是指信号发射源和同步天线的距离；远场条件可以用表达式表示，其中，R为信号发射源和同步天线的距离，D为待测天线口径，γ为波长。通常的微波暗室20都无法满足这样的条件；这里，采用紧缩场的测试方法，来对缩比卫星模型10进行测试，减小信号发射源与缩比卫星模型10之间的距离，并向缩比卫星模型10发射平面波信号；
这里，所述预设距离可以根据微波暗室20的空间进行设置；可以由线性调频信号的信号发生装置30作为信号源，在预设距离上向所述缩比卫星模型10发射预设线性调频信号平面波；所述平面波可以采用透镜天线，反射天线等方式产生。其中，信号发生装置30可以由信号发生器结合发射天线等组成；
所述预设频率可以根据预设卫星相位同步天线实际工作频率设定，也可以根据缩比同步天线11的尺寸来设置线性调频信号频率。
进一步的，如图3所述，可以通过馈源31将所述预设线性调频信号照射到预设弧度的反射面32，得到所述预设线性调频信号平面波；
这里，信号发生装置30可以包括馈源31和反射面32；馈源31和反射面32做成信号发射天线，通过馈源31照射紧缩场反射面32，可以在紧缩场静区内形成平面波，模拟星载双基SAR相位同步天线测试的远场条件。馈源31位置和缩比卫星模型10位置可以根据反射面的弧度来设置，使缩比卫星模型10接收到的是平面波；所述预设弧度的反射面32可以是抛物面。
进一步的，可以将所述相位同步天线工作中心频率乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的中心频率；将所述相位同步天线工作频率带宽乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的频率带宽；
根据电磁场等效性原理，将待测卫星按预设缩小比例缩小后，可以采用缩小比例的倒数比例提高线性调频信号的中心频率及信号带宽；如，将待测卫星缩小为原有尺寸的1/8建立缩比卫星模型10，在地面实验中可以将发射的线性调频信号的中心频点由原来相位同步天线工作频率的f0GHz改为8f0GHz；为了有效验证多径效应，可以将将线性调频信号脉冲压缩后的空间分辨率应提高8倍，线性调频信号带宽由原来相位同步天线工作带宽的BrGHz调整为8BrGHz。如此，可以较好地通过缩比卫星模型10来模拟待测卫星的同步信号传输状况。其中，所述工作频率可以是相位同步天线在卫星上实际工作时使用的频率。
进一步的，在所述频率带宽范围内，采用预设频率间隔扫频发射所述线性调频信号平面波；
具体的，可以采用频率步进的方式发射所述线性调频信号平面波；频率步进时采用的预设频率间隔可以根据实际需求设定，预设频率间隔越小后续测量精度越高，预设频率间隔增大可以节省测试时间。所述预设频率间隔可以是1MHz等。
步骤103：根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型10的预设空间角度；获取每个缩比同步天线11在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号；
这里，可以由与所述缩比同步天线11连接的场强仪等信号接收处理装置等获取接收信号；所述接收信号可以包含幅值和相位信息；如此，可以通过接收信号对所述缩比同步天线11在不同角度和不同频率线性调频信号的接收状况的测量，起到评估缩比同步天线11在各空间角度的覆盖状况的作用；信号接收处理装置还可以包括电脑等信号处理装置，对接收的信号做进一步的计算；
具体的，在测试中可以将缩比卫星模型10架设在一个多轴旋转台40上，通过多轴旋转台40来调整缩比卫星模型10的预设空间角度；根据预设调整规则可以根据测试的需求设定，可以设定为使所述缩比卫星模型10间隔一定角度沿球面转动，获取每个缩比同步天线11在每个空间角度的接收信号。
实际应用中，可以将搭载了缩比同步天线11的缩比卫星模型10固定于多轴旋转台40之上，整体置于紧缩场静区内即微波暗室20内；通过旋转转台的方位轴和极化轴，可实现缩比卫星平台在全空间指向的任意旋转，从而模拟出卫星平台在任意姿态下的相位同步通信。在转台旋转的过程中，获取在球面上每个空间角度的接收信号。如此，可以获取各个缩比同步天线11在三维空间中的接收信号；
这里，可以同一时间仅对一个缩比卫星模型10进行测试；根据星载双基SAR的工作原理，相位同步天线在SAR天线的非发射和非接收阶段，进行脉冲对传从而实现相位同步；这就导致在进行星载双基SAR相位同步天线的测试过程中，需要分别对两颗卫星所搭载的相位同步天线进行测试，即要将一颗卫星上的每个相位同步天线作为发射源，向另一颗卫星发射信号，假设单个卫星相位同步天线三维方向图的采样点数为N，则双星交叉测试数据量约为N2。为了降低同步天线测试的数据量，降低数据处理的计算复杂性，可以采用只测试单个卫星平台相位同步天线的三维方向图，其测试数据量降低为N。在计算得到单个卫星平台同步天线三维方向图的增益损失后，乘以2倍即可得到星载双基SAR相位同步天线总的增益损失。
进一步的，可以将所述每个预设空间角度分别对应的所述接收信号沿频率轴做逆Fourier变换，并对所述逆Fourier变换结果取峰值，得到所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值；将所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值确定为每个预设空间角度分别对应的同步信号；
星载双基SAR相位同步天线在不同的频率点会有不同的天线方向图，如图4所示，图中每条曲线表示一个频率点的天线方向图，每条曲线呈现出不同增益起伏规律的现象。为了使得星载双基SAR相位同步的实验结果更具说服力，可以采用压缩增益来评估相位同步天线的空间覆盖状况；
在微波暗室20内，馈源31采用步进频率的电磁波发射模式，对同步天线在一个空间角度上各频率点的接收信号进行测量。通过对测量所得的信号沿频率轴做逆Fourier变换，即实现了脉冲压缩的过程，得到如图5所述的在一个空间角度的脉冲压缩结果；如图5中标记“A”所示，对所述脉冲压缩结果取峰值，得到第一压缩增益峰值，第一压缩增益峰值即为多径环境下提取的同步信号，如此，实现了相位同步信号的提取。一个空间角度的第一压缩增益峰值可以显示出缩比同步天线11在该空间角度的覆盖状况，在球面各空间角度的第一压缩增益峰值显示缩比同步天线11在全空间的覆盖状况。可以设定第一压缩增益峰值阈值，当第一压缩增益峰值超出第一压缩增益峰值阈值，则认为在该空间角度的覆盖状况良好；
可以通过单个缩比同步天线11全空间角度内第一压缩增益峰值方向图来评估单个缩比同步天线11的空间覆盖状况，进而了解真实单个相位同步天线的空间覆盖状况；还可以将缩比卫星模型10上多个缩比同步天线11的第一压缩增益峰值方向图进行叠加，得到整个缩比卫星模型10的全空间角度内第一压缩增益峰值方向图，评估整个待测卫星相位同步天线的空间覆盖状况。
第一压缩增益峰值可以通过如下方法得到：将包含缩比同步天线11的缩比卫星模型10整体置于紧缩场静区内。通过旋转多轴旋转台40方位轴和极化轴θ，获得缩比同步天线11在全空间各空间角度的接收信号，进而通过沿频率轴做逆Fourier变换，并对逆Fourier变换结果取峰值，可获得全空间各空间角度的第一压缩增益峰值
更进一步的，获取所述缩比同步天线11在最大增益对准所述线性调频信号平面波时的第二压缩增益峰值；将每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值分别减去第二压缩增益峰值之差，加上所述缩比同步天线11的标准增益，得到所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益；
如图6所示，第二压缩增益峰值可以通过如下方法得到：仅将缩比同步天线11置于紧缩场静区内，并将其波束增益最大指向对准圆极化平面波的来波方向。采用步进频率模式，测量同步天线于各频点的接收信号，通过沿频率轴做逆Fourier变换，可获得信号的第二压缩增益峰值G0；
通过将第一压缩增益峰值对比，即可获得多径环境下相位同步天线于全空间各角度的压缩增益：压缩增益可以用表达式表示。其中，MdB表示缩比同步天线的实际标准增益值。
进一步的，可以根据所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益，建立压缩增益方向图；
具体的，可以将缩比同步天线11在每个预设空间角度的压缩增益建立全空间角度内压缩增益方向图；如此，可以直观地评估缩比同步天线11的空间覆盖区域；进而了解相位同步天线的空间覆盖状况；还可以将缩比卫星模型10上多个缩比同步天线11的压缩增益方向图进行叠加，得到整个缩比卫星模型10的全空间角度内压缩增益方向图，评估整个待测卫星相位同步天线的空间覆盖状况。
下面结合具体示例对本发明产生的积极效果作进一步详细的描述；
本示例通过对卫星缩比模型相位同步天线的测试，来验证卫星相位同步天线的空间覆盖能力；在微波暗室内搭建天线测试紧缩场；所述卫星缩比模型相位同步天线的测试可以在微波暗室中进行；这里，以卫星上有4个相位同步天线为例；
可以首先建立卫星的缩比模型：在三维空间内，将卫星的尺寸缩比为原有尺寸的1/8；微波暗室使用的线性调频信号中心频点由原来的f0GHz改为8f0GHz；为了有效验证多径效应，可以将线性调频信号脉冲压缩后的空间分辨率应提高8倍，线性调频信号带宽由原来的BrGHz调整为8BrGHz；
使用紧缩场的测试方法对缩比卫星模型进行测试实验，实验设备主要有：缩比卫星平台和4套地面缩比同步天线组成的缩比卫星模型，用于发射线性调频信号的圆极化波馈源、将圆极化波馈源发射的线性调频信号反射成平面波的紧缩场反射面、用于调整缩比卫星模型方位的多轴旋转台、与缩比同步天线连接的信号接收处理装置，信号接收处理装置用于接收处理由缩比同步天线接收的接收信号；
利用圆极化馈源照射紧缩场反射面，在紧缩场静区内形成圆极化平面波；将搭载了缩比圆极化同步天线的缩比卫星平台固定于多轴旋转台之上，整体置于紧缩场静区内；通过旋转转台的方位轴和极化轴，可实现缩比卫星平台在全空间指向的任意旋转，从而模拟出卫星平台在任意姿态下的相位同步通信。在转台旋转的过程中，使用球面扫描的方法对同步天线方向图进行测量；
具体可以采用对比法分析多径效应对各同步天线方向图增益所造成的影响；
可以首先测试缩比同步天线在增益最大指向对准圆极化平面波的来波方向的压缩电平，仅将缩比同步天线置于紧缩场静区内，并将其波束增益最大指向对准圆极化平面波的来波方向。采用步进频率模式，测量同步天线于各频点的接收信号，通过沿频率轴做逆Fourier变换，可获得信号的压缩电平G0，该电平对应于标准同步天线的实际标准增益值5dB。
然后测试缩比卫星模型上各缩比同步天线在各空间角度的压缩电平；将缩比同步天线安装在缩比卫星平台的相应位置，并将卫星平台整体置于紧缩场静区内。通过旋转转台方位轴和极化轴θ，获得缩比同步天线在全空间各角度的接收信号，进而通过沿频率轴做逆Fourier变换，并对逆Fourier变换结果取峰值，可获得全空间各空间角度的第一压缩增益峰值
采用对比法分析多径效应对各同步天线方向图增益所造成的影响：通过将第一压缩增益峰值对比，即可获得多径环境下相位同步天线于全空间各角度的压缩增益：压缩增益可以用表达式表示。
对接收信号进行处理，并得到增益方向图的具体流程，如图7所述，可以包括：
步骤701：通过测试获得接收信号原始数据InitialData 为方位轴，θ为极化轴，f为频率轴；
步骤702：利用逆Fourier变换获得所有角度对应的缩比同步天线接收信号脉冲压缩后的一维成像曲线IFFTDatad为发射天线中心到接收天线中心的距离；
步骤703：对全空间的所有角度取缩比同步天线接收信号脉冲压缩后的一维成像曲线IFFTData在紧缩场成像静区内的峰值，该峰值反映同步信号的信噪比，将得到缩比同步天线的第一压缩增益峰值方向图Pattern
4个缩比同步天的第一压缩增益峰值方向图，分别如图8至图11所示，其中，图8a为第一个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为7.5dB，图8b为第一个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为12.5dB；图9a为第二个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为7.5dB，图9b为第二个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为12.5dB；图10a为第三个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为7.5dB，图10b为第三个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为12.5dB；图11a为第四个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为7.5dB，图11b为第四个缩比同步天线在多径环境下第一压缩增益峰值方向图，动态范围为12.5dB；各缩比天线的第一压缩增益峰值方向图同样可以认为是真实相位同步天线的第一压缩增益峰值方向图。
如图12所示，可以将4个缩比同步天的第一压缩增益峰值方向图叠加得到缩比卫星模型的第一压缩增益峰值方向图。由图12可以得到4个缩比同步天线的天线空间覆盖区域示意图，如图13所示，不同的颜色表示4个同步天线所能覆盖的空间角度范围。图12和图13同样可以认为是真实相位同步天线的空间覆盖状况图，从而可以准确对相位同步天线的位置、方位等做出评估。
本发明实施例提供的同步信号测量系统，如图3所示，所述系统包括：微波暗室20，设置于微波暗室20中的采用预设缩小比例根据待测卫星的建立的缩比卫星模型10、信号发生装置30和多轴转台40，以及信号接收处理装置(未在图中显示)；其中，
所述缩比卫星模型10包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线11；
为避免外部环境的干扰，通常电磁波信号的发送接收等测试通常在微波暗室20等环境中进行；由于实际待测卫星的尺寸过于庞大，无法直接在空间有限的微波暗室20内进行相位同步天线多径效应的测试实验。这里，可以采用待测星载双基SAR的缩比模型进行同步天线的地面测试；
所述缩小比例可以根据微波暗室20的空间进行设置，如将缩小比例设置为1/8，即将缩比卫星模型10做成待测卫星的1/8；
所述缩比同步天线11的数量可以和待测卫星上相位同步天线的数量一致，并且缩比同步天线11所在缩比卫星模型10的位置可以与相位同步天线所处待测卫星上的位置一致。如图2所示，可以建立缩比卫星模型10，并在缩比卫星模型10设置4个缩比同步天线11；也可以人为选择缩比同步天线11数量、位置和方位等，以通过测试获得更优化的相位同步天线数量、位置和方位等；如图3所示，可以在图示微波暗室20中对所述缩比卫星模型10进行测试；这里，可以在微波暗室20中搭建天线测试紧缩场。
所述信号发生装置30，用于在预设距离上，向所述缩比卫星模型10发射预设线性调频信号平面波；
星载双基SAR相位同步天线可工作于L波段，并且在设计相位同步天线时，为了保证较高的信噪比，通常具有较大的电尺寸，这就导致星载双基SAR相位同步天线测试需要几公里的远场条件；这里，远场条件是指信号发射源和同步天线的距离；远场条件可以用表达式表示，其中，R为信号发射源和同步天线的距离，D为待测天线口径，γ为波长。通常的微波暗室20都无法满足这样的条件；这里，采用紧缩场的测试方法，来对缩比卫星模型10进行测试，减小信号发射源与缩比卫星模型10之间的距离，并向缩比卫星模型10发射平面波信号；
这里，所述预设距离可以根据微波暗室20的空间进行设置；可以由线性调频信号的信号发生装置30作为信号源，在预设距离上向所述缩比卫星模型10发射预设线性调频信号平面波；所述平面波可以采用透镜天线，反射天线等方式产生。其中，信号发生装置30可以由信号发生器结合发射天线等组成；
所述预设频率可以根据预设卫星相位同步天线实际工作频率设定，也可以根据缩比同步天线11的尺寸来设置线性调频信号频率。
进一步的，如图3所述，可以通过馈源31将所述预设线性调频信号照射到预设弧度的反射面32，得到所述预设线性调频信号平面波；
这里，信号发生装置30可以包括馈源31和反射面32；馈源31和反射面32做成信号发射天线，通过馈源31照射紧缩场反射面32，可以在紧缩场静区内形成平面波，模拟星载双基SAR相位同步天线测试的远场条件。馈源31位置和缩比卫星模型10位置可以根据反射面的弧度来设置，使缩比卫星模型10接收到的是平面波；所述预设弧度的反射面32可以是抛物面。
进一步的，可以将所述相位同步天线工作中心频率乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的中心频率；将所述相位同步天线工作频率带宽乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的频率带宽；
根据电磁场等效性原理，将待测卫星按预设缩小比例缩小后，可以采用缩小比例的倒数比例提高线性调频信号的中心频率及信号带宽；如，将待测卫星缩小为原有尺寸的1/8建立缩比卫星模型10，在地面实验中可以将发射的线性调频信号的中心频点由原来相位同步天线工作频率的f0GHz改为8f0GHz；为了有效验证多径效应，可以将将线性调频信号脉冲压缩后的空间分辨率应提高8倍，线性调频信号带宽由原来相位同步天线工作带宽的BrGHz调整为8BrGHz。如此，可以较好地通过缩比卫星模型10来模拟待测卫星的同步信号传输状况。其中，所述工作频率可以是相位同步天线在卫星上实际工作时使用的频率。
进一步的，在所述频率带宽范围内，采用预设频率间隔扫频发射所述线性调频信号平面波；
具体的，可以采用频率步进的方式发射所述线性调频信号平面波；频率步进时采用的预设频率间隔可以根据实际需求设定，预设频率间隔越小后续测量精度越高，预设频率间隔增大可以节省测试时间。所述预设频率间隔可以是1MHz等。
所述多轴转台40，用于根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型10的预设空间角度；所述信号接收处理装置，用于获取每个缩比同步天线11在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号；
这里，可以由与所述缩比同步天线11连接的场强仪等信号接收处理装置等获取接收信号；所述接收信号可以包含幅值和相位信息；如此，可以通过接收信号对所述缩比同步天线11在不同角度和不同频率线性调频信号的接收状况的测量，起到评估缩比同步天线11在各空间角度的覆盖状况的作用；信号接收处理装置还可以包括电脑等信号处理装置，对接收的信号做进一步的计算；
具体的，在测试中可以将缩比卫星模型10架设在一个多轴旋转台40上，通过多轴旋转台40来调整缩比卫星模型10的预设空间角度；根据预设调整规则可以根据测试的需求设定，可以设定为使所述缩比卫星模型10间隔一定角度沿球面转动，获取每个缩比同步天线11在每个空间角度的接收信号；
实际应用中，可以将搭载了缩比同步天线11的缩比卫星模型10固定于多轴旋转台40之上，整体置于紧缩场静区内即微波暗室20内；通过旋转转台的方位轴和极化轴，可实现缩比卫星平台在全空间指向的任意旋转，从而模拟出卫星平台在任意姿态下的相位同步通信。在转台旋转的过程中，获取在球面上每个空间角度的接收信号。如此，可以获取各个缩比同步天线11在三维空间中的接收信号；
这里，可以同一时间仅对一个缩比卫星模型10进行测试；根据星载双基SAR的工作原理，相位同步天线在SAR天线的非发射和非接收阶段，进行脉冲对传从而实现相位同步；这就导致在进行星载双基SAR相位同步天线的测试过程中，需要分别对两颗卫星所搭载的相位同步天线进行测试，即要将一颗卫星上的每个相位同步天线作为发射源，向另一颗卫星发射信号，假设单个卫星相位同步天线三维方向图的采样点数为N，则双星交叉测试数据量约为N2。为了降低同步天线测试的数据量，降低数据处理的计算复杂性，可以采用只测试单个卫星平台相位同步天线的三维方向图，其测试数据量降低为N。在计算得到单个卫星平台同步天线三维方向图的增益损失后，乘以2倍即可得到星载双基SAR相位同步天线总的增益损失。
进一步的，所述信号接收处理装置可以将所述每个预设空间角度分别对应的所述接收信号沿频率轴做逆Fourier变换，并对所述逆Fourier变换结果取峰值，得到所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值；将所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值确定为每个预设空间角度分别对应的同步信号；
星载双基SAR相位同步天线在不同的频率点会有不同的天线方向图，如图4所示，图中每条曲线表示一个频率点的天线方向图，每条曲线呈现出不同增益起伏规律的现象。为了使得星载双基SAR相位同步的实验结果更具说服力，可以采用压缩增益来评估相位同步天线的空间覆盖状况；
在微波暗室20内，馈源31采用步进频率的电磁波发射模式，对同步天线在一个空间角度上各频率点的接收信号进行测量。通过对测量所得的信号沿频率轴做逆Fourier变换，即实现了脉冲压缩的过程，得到如图5所述的在一个空间角度的脉冲压缩结果；如图5中标记“A”所示，对所述脉冲压缩结果取峰值，得到第一压缩增益峰值，第一压缩增益峰值即为多径环境下提取的同步信号，如此，实现了相位同步信号的提取。一个空间角度的第一压缩增益峰值可以显示出缩比同步天线11在该空间角度的覆盖状况，在球面各空间角度的第一压缩增益峰值显示缩比同步天线11在全空间的覆盖状况。可以设定第一压缩增益峰值阈值，当第一压缩增益峰值超出第一压缩增益峰值阈值，则认为在该空间角度的覆盖状况良好；
可以通过单个缩比同步天线11全空间角度内第一压缩增益峰值方向图来评估单个缩比同步天线11的空间覆盖状况，进而了解真实单个相位同步天线的空间覆盖状况；还可以将缩比卫星模型10上多个缩比同步天线11的第一压缩增益峰值方向图进行叠加，得到整个缩比卫星模型10的全空间角度内第一压缩增益峰值方向图，评估整个待测卫星相位同步天线的空间覆盖状况；
第一压缩增益峰值可以通过如下方法得到：将包含缩比同步天线11的缩比卫星模型10整体置于紧缩场静区内。通过旋转多轴旋转台40方位轴和极化轴θ，获得缩比同步天线11在全空间各空间角度的接收信号，进而通过沿频率轴做逆Fourier变换，并对逆Fourier变换结果取峰值，可获得全空间各空间角度的第一压缩增益峰值
更进一步的，所述信号接收处理装置可以获取所述缩比同步天线11在最大增益对准所述线性调频信号平面波时的第二压缩增益峰值；将每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值分别减去第二压缩增益峰值之差，加上所述缩比同步天线11的标准增益，得到所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益。
如图6所示，第二压缩增益峰值可以通过如下方法得到：仅将缩比同步天线11置于紧缩场静区内，并将其波束增益最大指向对准圆极化平面波的来波方向。采用步进频率模式，测量同步天线于各频点的接收信号，通过沿频率轴做逆Fourier变换，可获得信号的第二压缩增益峰值G0；
通过将第一压缩增益峰值对比，即可获得多径环境下相位同步天线于全空间各角度的压缩增益：压缩增益可以用表达式表示。其中，MdB表示缩比同步天线的实际标准增益值。
进一步的，所述信号接收处理装置可以根据所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益，建立压缩增益方向图；
具体的，可以将缩比同步天线11在每个预设空间角度的压缩增益建立全空间角度内压缩增益方向图；如此，可以直观地评估缩比同步天线11的空间覆盖区域；进而了解相位同步天线的空间覆盖状况；还可以将缩比卫星模型10上多个缩比同步天线11的压缩增益方向图进行叠加，得到整个缩比卫星模型10的全空间角度内压缩增益方向图，评估整个待测卫星相位同步天线的空间覆盖状况。
以上所述，仅为本发明的最佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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 (12)

1.一种同步信号测量方法，其特征在于，所述方法包括：
采用预设缩小比例，建立待测卫星的缩比卫星模型；所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；
在预设距离上，向所述缩比卫星模型发射预设线性调频信号平面波；
根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型的预设空间角度；获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设线性调频信号包括：
将所述相位同步天线工作中心频率乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的中心频率；
将所述相位同步天线工作频率带宽乘以所述预设缩小比例倒数之积，作为预设线性调频信号的频率带宽。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射预设线性调频信号平面波：包括：
在所述频率带宽范围内，采用预设频率间隔扫频发射所述线性调频信号平面波。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号之后，所述方法还包括：
将所述每个预设空间角度分别对应的所述接收信号沿频率轴做逆傅里叶Fourier变换，并对所述逆Fourier变换结果取峰值，得到所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值；
将所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值确定为每个预设空间角度分别对应的同步信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述缩比同步天线在最大增益对准所述线性调频信号平面波时的第二压缩增益峰值；
将每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值分别减去第二压缩增益峰值之差，再加上所述缩比同步天线的标准增益，得到所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述发射预设线性调频信号平面波，包括：
通过馈源将所述预设线性调频信号照射到预设弧度的反射面，得到所述预设线性调频信号平面波。
7.一种同步信号测量系统，其特征在于，所述系统包括：微波暗室，设置于微波暗室中的采用预设缩小比例根据待测卫星的建立的缩比卫星模型、信号发生装置和多轴转台，以及信号接收处理装置；其中，
所述缩比卫星模型包括一个以上由待测相位同步天线根据所述预设缩小比例建立的缩比同步天线；
所述信号发生装置，用于在预设距离上，向所述缩比卫星模型发射预设线性调频信号平面波；
所述多轴转台，用于根据预设调整规则，调整所述缩比卫星模型的预设空间角度；
所述信号接收处理装置，用于获取每个缩比同步天线在每个预设空间角度分别接收所述线性调频信号平面波得到的接收信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述预设线性调频信号的中心频率为所述相位同步天线工作中心频率乘以所述预设缩小比例倒数之积；
所述预设线性调频信号的频率带宽为所述相位同步天线工作频率带宽乘以所述预设缩小比例倒数之积。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号发生装置，具体用于：
在所述频率带宽范围内，采用预设频率间隔扫频发射所述线性调频信号平面波。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述信号接收处理装置，还用于：在获取所述接收信号之后，将所述每个预设空间角度分别对应的所述接收信号沿频率轴做逆Fourier变换，并对所述逆Fourier变换结果取峰值，得到所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值；
将所述每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值确定为每个预设空间角度分别对应的同步信号。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述信号接收处理装置，还用于：获取所述缩比同步天线在最大增益对准所述线性调频信号平面波时的第二压缩增益峰值；
将每个预设空间角度分别对应的第一压缩增益峰值分别减去第二压缩增益峰值之差，再加上所述缩比同步天线的标准增益，得到所述每个预设空间角度分别对应的压缩增益。
12.根据权利要求7至11任一项所述的系统，其特征在于，所述信号发生装置包括：馈源和预设弧度的反射面，所述预设线性调频信号通过馈源照射所述预设弧度的反射面，得到所述预设线性调频信号平面波。
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