CN109633577A - 一种弹载相控阵雷达二维s曲线的测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，包含：主控计算机；转台系统，其上安装待测相控阵雷达，且与主控计算机连接，由主控计算机控制该转台系统将待测相控阵雷达移动至待测位置；目标模拟源，与主控计算机连接，根据主控计算机传输的目标信息，生成目标信号；目标天线，分别与主控计算机和目标模拟源连接，由主控计算机控制该目标天线调整运动至待测位置，并根据目标模拟源生成的目标信号向待测相控阵雷达辐射空馈；信息采集系统，分别与待测相控阵雷达和主控计算机连接，采集待测相控阵雷达的位置信息和角误差信息。本发明适用于弹载相控阵雷达测角跟踪工作需求，简单方便，并且提高测试效率，增加测试覆盖性和通用性。

Description

一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法及装置
技术领域
本发明涉及一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法及装置，属于相控阵雷达技术领域，尤其涉及相控阵雷达跟踪的技术领域。
背景技术
目前，相控阵雷达已开始应用于弹载平台，考核弹载相控阵雷达的一个关键指标就是测角能力。一种使用较多的方式是单脉冲相位和差测角法，由于相控阵天线的固有特点是方向图随指向角改变，因此单脉冲相位和差测角系数也会随指向改变，这一系数就是S曲线，因此S曲线的精度直接影响测角的准确度。为了修正单脉冲相位和差测角系数，提高相控阵雷达在整个空域内的角跟踪能力，需要得到相控阵雷达导在整个空域内的S曲线。
由于相控阵雷达的S曲线与相控阵天线的方向图有直接关系，而相控阵雷达S曲线的测试比较复杂，因此一般弹载相控阵雷达仅进行天线方向图的测试而不进行S曲线的测试，实际使用的S曲线是直接根据理论公式计算得到的。但是S曲线不仅与方向图有关，还与后端的接收系统、信号处理系统的通道增益等有关，理论计算与实际值会有较大误差，从而影响测角的精度，因此这就对二维S曲线的快速测试提出了高要求。
专利CN104833863A《一种高频相控阵天线的远场暗室测试系统及方法》，其中介绍了一种高频相控阵天线的远场测试方法，该方法通过将待测天线分割成多个子阵面，分别测试后再合成的方法，对天线进行方向图测试，解决了远场暗室测试高频相控阵天线的问题。
专利CN102917397A《一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置与测量方法》，其中介绍了一种信道测量装置与测量方法，可以用于对基于相控阵天线阵列的无线信道进行测量，即一种相控阵天线方向图的测量方法。
发表在《测控技术》2015年34卷增刊的论文《一种高效率相控阵天线自动测试系统》，其中提出了一套可以快速获得相控阵天线辐射特性的系统，扫描一次可以获得多频点、多波位的天线数据。
但是，以上专利或论文中描述的均为相控阵天线的方向图测试方法，没有指出相控阵雷达S曲线的测试方法；并且仅测试了相控阵雷达十字空域下的方向图性能，没有描述二维空域测试的方法。
基于上述，本发明提供一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法及装置，以解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法及装置，适用于弹载相控阵雷达测角跟踪工作需求，可简单方便的实现相控阵雷达二维S曲线的自动化测试，并且提高测试效率，增加测试覆盖性和通用性。
为实现上述目的，本发明提供一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，包含：主控计算机；转台系统，其上安装待测相控阵雷达，且与主控计算机连接，由主控计算机控制该转台系统将待测相控阵雷达移动至待测位置；目标模拟源，与主控计算机连接，根据主控计算机传输的目标信息，生成目标信号；目标天线，分别与主控计算机和目标模拟源连接，由主控计算机控制该目标天线调整运动至待测位置，并根据目标模拟源生成的目标信号向待测相控阵雷达辐射空馈；信息采集系统，分别与待测相控阵雷达和主控计算机连接，采集待测相控阵雷达的位置信息和角误差信息，并传输至主控计算机进行数据存储和处理。
所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，还包含供电系统，分别与待测相控阵雷达和主控计算机连接，由主控计算机控制该供电系统为待测相控阵雷达供电。
所述的转台系统包含：六轴机械臂，所述的待测相控阵雷达固定安装在该六轴机械臂的最末端；机械臂控制系统，分别与六轴机械臂和主控计算机连接，根据主控计算机传输的待测位置信息，控制六轴机械臂将待测相控阵雷达移动运行至待测位置，并向主控计算机反馈发送位置到达信息。
所述的目标天线包含：标准喇叭，与目标模拟源通过射频电缆连接，将目标模拟源生成的目标信号放大后辐射空馈至待测相控阵雷达；天线扫描架，其上固定安装标准喇叭，与主控计算机连接，根据主控计算机传输的待测位置信息，控制标准喇叭进行极化调整并运动至待测位置。
本发明还提供一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，采用上述的测试装置实现，包含以下步骤：
S1、参数设置，包括：由主控计算机控制，对转台系统和目标天线进行初始位置定位设置、测试角度矩阵设置，对目标模拟源和信息采集系统进行初始化设置，使供电系统为待测相控阵雷达供电；
S2、测试固定点S曲线：由主控计算机控制，将安装在转台系统上的待测相控阵雷达和目标天线2运行至测试位置(α,θ)，其中α为方位角，θ为俯仰角；
由主控计算机控制转台系统调整，使待测相控阵雷达的天线指向方位(-α,-θ)，断开待测相控阵雷达的天线跟踪回路使波束指向保持不变；
由主控计算机控制转台系统带动待测相控阵雷达先在方位维以α为中心运动±Δα°，再在俯仰维以θ为中心运动±Δθ°，由信息采集系统采集记录当前转台系统的位置信息和角误差信息；
S3、测试二维S曲线：根据测试角度矩阵，由主控计算机控制，将安装在转台系统上的待测相控阵雷达运行至下一个测试位置，并重复执行S2，直至完成测试角度矩阵中设置的所有位置的测试。
所述的S1中，转台系统和目标天线的初始位置定位设置是指：使设置在转台系统上的待测相控阵雷达与目标天线的标准喇叭瞄准，且待测相控阵雷达的天线阵面位于六轴机械臂的旋转中心；测试角度矩阵设置是指：进行S曲线测试的空间二维范围设置。
所述的S1中，目标模拟源的初始化设置是指：设置模拟源频率、以及模拟源功率。
所述的S1中，信息采集系统的初始化设置是指：设置采集的起始位置、采集步进、采集点数。
所述的S2中，±Δα°和±Δθ°是由待测相控阵雷达的天线波束决定的。
所述的S2中，当转台系统转动一个采集步进并运行到位后，通过主控计算机向信息采集系统发送一个同步脉冲，信息采集系统接收到该同步脉冲后记录当前转台系统的位置信息以及角误差信息。
综上所述，本发明所提供的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法及装置，适用于弹载相控阵雷达测角跟踪工作需求，可简单方便的实现相控阵雷达二维S曲线的自动化测试，并且提高测试效率，增加测试覆盖性和通用性。
附图说明
图1为本发明中的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置的结构框图；
图2为本发明中的弹目视线偏离波束指向的示意图；
图3为本发明中的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法的流程图。
具体实施方式
以下结合图1～图3，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
如图1所示，为本发明提供的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，包含：主控计算机6；转台系统1，其上安装待测相控阵雷达，且与主控计算机6连接，由主控计算机6控制该转台系统1将待测相控阵雷达移动至待测位置；目标模拟源3，与主控计算机6连接，根据主控计算机6传输的目标距离、目标速度等目标信息，生成待测相控阵雷达仿真测试所需的目标信号；目标天线2，分别与主控计算机6和目标模拟源3连接，由主控计算机6控制该目标天线2调整运动至待测位置，并根据目标模拟源3生成的目标信号向待测相控阵雷达辐射空馈；信息采集系统4，分别与待测相控阵雷达和主控计算机6连接，采集待测相控阵雷达的位置信息和角误差信息，并传输至主控计算机6进行数据存储和处理。
进一步，所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，还包含供电系统5，分别与待测相控阵雷达和主控计算机6连接，由主控计算机6控制该供电系统5为待测相控阵雷达供电。
其中，所述的转台系统1包含：六轴机械臂11，通过六个可调运动关节连接构成，所述的待测相控阵雷达固定安装在该六轴机械臂11的最末端；机械臂控制系统12，分别与六轴机械臂11和主控计算机6连接，根据主控计算机6传输的待测位置信息，控制六轴机械臂11的各轴协同运动，将待测相控阵雷达移动运行至待测位置，并向主控计算机6反馈发送位置到达信息。
其中，所述的目标天线2包含：标准喇叭21，为增益已知且固定的喇叭，与目标模拟源3通过射频电缆连接，将目标模拟源3生成的目标信号(射频信号)按增益放大后辐射空馈至待测相控阵雷达；天线扫描架22，其上固定安装标准喇叭21，与主控计算机6连接，根据主控计算机6传输的待测位置信息，控制标准喇叭21进行极化调整并运动至待测位置。
本发明的优选实施例中，在进行弹载相控阵雷达二维S曲线的测试过程中，所述的待测相控阵雷达、六轴机械臂11、标准喇叭21以及天线扫描架22均设置在微波暗室中进行测试。
如图3所示，本发明还提供一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，采用上述的测试装置实现，包含以下步骤：
S1、参数设置，包括：由主控计算机6控制，对转台系统1和目标天线2进行初始位置定位设置、测试角度矩阵设置，对目标模拟源3和信息采集系统4进行初始化设置，使供电系统5为待测相控阵雷达供电；
S2、测试固定点S曲线：由主控计算机6控制，将安装在转台系统1上的待测相控阵雷达和目标天线2运行至测试位置(α,θ)，其中α为方位角，θ为俯仰角；
由主控计算机6控制转台系统1调整，使待测相控阵雷达的天线指向方位(-α,-θ)，断开待测相控阵雷达的天线跟踪回路使波束指向保持不变；
由主控计算机6控制转台系统1带动待测相控阵雷达先在方位维以α为中心运动±Δα°，再在俯仰维以θ为中心运动±Δθ°，由信息采集系统4采集记录当前转台系统1(待测相控阵雷达)的位置信息和角误差信息；
S3、测试二维S曲线：根据S1中所述的测试角度矩阵，由主控计算机6控制，将安装在转台系统1上的待测相控阵雷达运行至下一个测试位置，并重复执行S2，直至完成测试角度矩阵中设置的所有位置的测试。
所述的S1中，转台系统1和目标天线2的初始位置定位设置是指：使设置在转台系统1上的待测相控阵雷达与目标天线2的标准喇叭21瞄准，且待测相控阵雷达的天线阵面位于六轴机械臂11的旋转中心；测试角度矩阵设置是指：进行S曲线测试的空间二维范围设置。
所述的S1中，目标模拟源3的初始化设置是指：设置模拟源频率、以及模拟源功率等参数。
所述的S1中，信息采集系统4的初始化设置是指：设置采集的起始位置、采集步进、采集点数等参数。
所述的S2中，±Δα°和±Δθ°是由待测相控阵雷达的天线波束决定的。一般情况下，S曲线仅测试波束宽度以内范围。
所述的S2中，信息采集系统4采集记录的当前转台系统1的位置信息和角误差信息必须为同步；由于转台系统的运动轨迹是离散的，因此当转台系统1转动一个采集步进并运行到位后，会通过主控计算机6向信息采集系统4发送一个同步脉冲，当信息采集系统4接收到该同步脉冲后记录当前转台系统1的位置信息以及该位置下的角误差信息，完成采集后转台系统1再执行下一个采集步进并运行至下一个测试位置。
根据本发明方法测试得到的二维S曲线，可用于对相控阵雷达的相位和差单脉冲测角进行补偿。具体如图2所示，当弹目视线角与波束指向角重合时，相控阵雷达的天线阵列输出的回波信号为等相位信号；当弹目视线角偏离波束指向时，将引起相控阵雷达的天线阵列输出的回波信号存在相位差值。
当波束指向角为时，相控阵雷达天线的相位差为：
其中，θ为波束指向的方位角、俯仰角；ΔφA为方位维相位差；ΔφP为俯仰维相位差；Δφ为相控阵雷达的阵列天线在波束指向的阵内相位差；D1为方位维天线子阵等效相位中心间距，D2为俯仰维天线子阵等效相位中心间距；λ为射频信号波长。
当弹目视线角为时，目标回波到达相控阵雷达的天线阵列时的相位差为：
其中，ΔφAt为方位维相位差；ΔφPt为俯仰维相位差。
相控阵雷达的天线阵列输出的回波信号相位差值(ΦA,ΦP)为：
采用单脉冲相位和差测角方式，计算得到阵内相位差为：
其中，EΣI、EΣQ为目标和信号的I、Q信息，EAI、EAQ为目标方位信号的I、Q信息，EPI、EPQ为目标俯仰信号的I、Q信息。
通过以下测角公式可计算目标偏离波束指向角度差为：
其中，为在指向角时的方位维S曲线系数，为在指向角时的俯仰维S曲线系数。
根据上述，从而能够利用根据本发明测试得到的二维S曲线，对相控阵雷达的相位和差单脉冲测角进行补偿。
综上所述，本发明所提供的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法及装置，不需要通过计算或仿真，可简单方便的实现相控阵雷达二维S曲线的自动化测试，不仅填补了相控阵雷达的二维S曲线测试的空白，并且提高测试效率，增加测试覆盖性。又由于测试角度矩阵、测试范围以及测试步进均可设置，因此该方法具有较强的通用性。
本发明适用于弹载相控阵雷达测角跟踪工作需求，可解决相控阵雷达二维S曲线无法测试的问题，且同样适用于地面或是机载相控阵雷达。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，其特征在于，包含：
主控计算机；
转台系统，其上安装待测相控阵雷达，且与主控计算机连接，由主控计算机控制该转台系统将待测相控阵雷达移动至待测位置；
目标模拟源，与主控计算机连接，根据主控计算机传输的目标信息，生成目标信号；
目标天线，分别与主控计算机和目标模拟源连接，由主控计算机控制该目标天线调整运动至待测位置，并根据目标模拟源生成的目标信号向待测相控阵雷达辐射空馈；
信息采集系统，分别与待测相控阵雷达和主控计算机连接，采集待测相控阵雷达的位置信息和角误差信息，并传输至主控计算机进行数据存储和处理。
2.如权利要求1所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，其特征在于，还包含供电系统，分别与待测相控阵雷达和主控计算机连接，由主控计算机控制该供电系统为待测相控阵雷达供电。
3.如权利要求1所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，其特征在于，所述的转台系统包含：
六轴机械臂，所述的待测相控阵雷达固定安装在该六轴机械臂的最末端；
机械臂控制系统，分别与六轴机械臂和主控计算机连接，根据主控计算机传输的待测位置信息，控制六轴机械臂将待测相控阵雷达移动运行至待测位置，并向主控计算机反馈发送位置到达信息。
4.如权利要求1所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试装置，其特征在于，所述的目标天线包含：
标准喇叭，与目标模拟源通过射频电缆连接，将目标模拟源生成的目标信号放大后辐射空馈至待测相控阵雷达；
天线扫描架，其上固定安装标准喇叭，与主控计算机连接，根据主控计算机传输的待测位置信息，控制标准喇叭进行极化调整并运动至待测位置。
5.一种弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，其特征在于，采用如权利要求1～4中任一项所述的测试装置实现，包含以下步骤：
S1、参数设置，包括：由主控计算机控制，对转台系统和目标天线进行初始位置定位设置、测试角度矩阵设置，对目标模拟源和信息采集系统进行初始化设置，使供电系统为待测相控阵雷达供电；
S2、测试固定点S曲线：由主控计算机控制，将安装在转台系统上的待测相控阵雷达和目标天线2运行至测试位置(α,θ)，其中α为方位角，θ为俯仰角；
由主控计算机控制转台系统调整，使待测相控阵雷达的天线指向方位(-α,-θ)，断开待测相控阵雷达的天线跟踪回路使波束指向保持不变；
由主控计算机控制转台系统带动待测相控阵雷达先在方位维以α为中心运动±Δα°，再在俯仰维以θ为中心运动±Δθ°，由信息采集系统采集记录当前转台系统的位置信息和角误差信息；
S3、测试二维S曲线：根据测试角度矩阵，由主控计算机控制，将安装在转台系统上的待测相控阵雷达运行至下一个测试位置，并重复执行S2，直至完成测试角度矩阵中设置的所有位置的测试。
6.如权利要求5所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，其特征在于，所述的S1中，转台系统和目标天线的初始位置定位设置是指：使设置在转台系统上的待测相控阵雷达与目标天线的标准喇叭瞄准，且待测相控阵雷达的天线阵面位于六轴机械臂的旋转中心；测试角度矩阵设置是指：进行S曲线测试的空间二维范围设置。
7.如权利要求5所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，其特征在于，所述的S1中，目标模拟源的初始化设置是指：设置模拟源频率、以及模拟源功率。
8.如权利要求5所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，其特征在于，所述的S1中，信息采集系统的初始化设置是指：设置采集的起始位置、采集步进、采集点数。
9.如权利要求5所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，其特征在于，所述的S2中，±Δα°和±Δθ°是由待测相控阵雷达的天线波束决定的。
10.如权利要求8所述的弹载相控阵雷达二维S曲线的测试方法，其特征在于，所述的S2中，当转台系统转动一个采集步进并运行到位后，通过主控计算机向信息采集系统发送一个同步脉冲，信息采集系统接收到该同步脉冲后记录当前转台系统的位置信息以及角误差信息。
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