CN110095657B - 大型外场天线测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型外场天线测试系统及测试方法，其中，天线测试系统包括：安装在待测载体上的固定测试站、用于进行辐射特性测试的移动测试站，以及，处理设备；固定测试站包括：GPS基准站；第一测试仪；以及，用于控制所述移动测试站运动轨迹的遥控装置；移动测试站包括：受控于所述遥控装置沿预定的飞行轨迹移动的飞行平台；承载于所述飞行平台、用于对所述飞行平台进行实时定位的GPS移动站；测试探头；以及，第二测试仪；处理设备用于对所述第一测试仪和第二测试仪得到的测量数据进行处理以的得到反映所述待测载体的辐射特性的测量结果。通过飞行平台搭载GPS移动站、测试探头和第二测试仪器进行辐射特性测试，使得测试过程更加方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及天线测量技术领域，更具体地说，它涉及一种大型外场天线测试系统及测试方法。
背景技术
常见的天线测试系统包括远场、紧缩场、近场等，通常由位移系统（多轴转台或扫描架）、矢量网络分析仪（或收发信机）、数据采集及处理系统等组成。天线测量过程中，可以是天线转动，也可以是探头移动，扫描的轨迹即是天线的辐射方向图。
大型天线系统，是指依附在大型载体（如：大型船只、飞机、航空母舰等）上的天线系统，天线本身的尺寸不一定很大，但载体的尺寸可以达到50米至300米，重量在数十吨以上，依靠现有的天线测试系统无法得到真实的天线辐射特性。
因此，迫切需要一种天线测试系统能实现复杂环境下超大型天线系统的辐射特性测量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明实施例的第一个目的在于提供一种大型外场天线测试系统，具有可测试大型载体的天线辐射特性。
本发明实施例的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种大型外场天线测试系统，包括：安装在待测载体上的固定测试站、用于进行辐射特性测试的移动测试站，以及，处理设备；
所述固定测试站包括：
承载于待测载体、用于进行实时定位的GPS基准站；
与所述GPS基准站相连、用于处理所述GPS基准站发出的被测天线信号以得到测量数据的第一测试仪；以及，
用于控制所述移动测试站运动轨迹的遥控装置；
所述移动测试站包括：
受控于所述遥控装置沿预定的或可控制的飞行轨迹移动的飞行平台；
承载于所述飞行平台、用于对所述飞行平台进行实时定位的GPS移动站，所述GPS移动站与所述GPS基准站以及卫星定位系统相连；
承载于所述飞行平台、用于发射和/或接收测试信号的测试探头；以及，
与所述测试探头相连、用于处理所述测试探头发射和/或接收的测试信号的第二测试仪；
所述处理设备与所述第一测试仪和第二测试仪相连、用于对所述第一测试仪和第二测试仪得到的测量数据进行处理以的得到反映所述待测载体的辐射特性的测量结果。
通过采用上述技术方案，在进行天线辐射特性测试时，分别进行发射性能和接收性能的测试；
检测待测载体的接收性能时，测试探头处于发射状态，向GPS基准站发射测试信号，遥控装置控制飞行平台按照预定的飞行轨迹飞行，同时在飞行平台飞行过程中通过遥控装置对其飞行轨迹进行控制和调整，并通过GPS基准站和GPS移动站对飞行平台进行实时定位，在飞行的过程中进行数据的采集，第一测试仪对采集到的数据进行处理得到多组测量数据，最后处理设备对测量数据进行处理即可获取待测载体的接收性能；
检测待测载体的发射性能时，固定测试站处于发射状态，测试探头处于接收状态，由固定测试站的系统信号源发出测试信号，遥控装置控制飞行平台按照预定的飞行轨迹飞行，同时在飞行平台飞行过程中通过遥控装置对其飞行轨迹进行控制和调整，并通过GPS基准站和GPS移动站对飞行平台进行实时定位，在飞行的过程中进行数据的采集，测试探头将接收到的数据发送到第二测试仪，第二测试仪对采集到的数据进行处理得到多组测量数据，最后处理设备对测量数据进行处理即可获取待测载体的发射性能；
通过飞行平台搭载GPS移动站、测试探头和第二测试仪器进行辐射特性测试，使得测试过程更加方便快捷。
进一步的，所述辐射特性包括发射性能和接收性能，在进行接收性能测试时，所述第一测试仪选用频谱仪，所述第二测试仪选用微型信号源和/或网络分析仪；在进行发射性能测试时，所述第二测试仪选用如下结构中的一种或多种组合：信号处理模块、频谱仪和网络分析仪。
进一步的，所述飞行平台选用旋翼无人机。
进一步的，所述信号处理模块包括：
用于接收测试信号的接收放大器；
与所述接收放大器相连的AD转换器；以及，
与所述AD转换器相连、用于对测试信号进行处理的数据处理器。
通过采用上述技术方案，测试信号由接收放大器接收和放大后，AD转换器将测试信号转换成数字信号传输到数据处理器进行处理，得到测量数据。
进一步的，所述GPS基准站包括：
用于发射所述固定测试站位置差分信息的基准发射机；
用于接收所述移动测试站实时定位数据的实时接收机；
GPS测量天线；以及，第一通信天线。
进一步的，所述GPS移动站包括：
用于接收所述固定测试站位置差分信息的基准接收机；
用于发射所述移动测试站实时位置定位数据的实时发射机；
机载型GPS天线；
第二通信天线；以及，
用于存储位置信息的存储介质。
本发明实施例的第二个目的在于提供一种大型外场天线测试方法，具有可测试大型载体的天线辐射特性。
本发明实施例的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种大型外场天线测试方法，所述方法基于上述任一技术方案所述的测试系统，包括：
按照预定策略建立基准坐标系并设定所述飞行平台的飞行轨迹和采样位点，所述飞行轨迹和所述采样位点覆盖待测载体的目标测试区域；
所述飞行平台按照设定的飞行轨迹运行，并在各所述采样位点进行采样，得到反映待测载体辐射特性的测量数据；
利用所述处理设备进行计算得到所述待测载体的天线辐射特性。
通过采用上述技术方案，在进行测试时，先设定飞行平台的飞行轨迹和采样位点，由于飞行轨迹和采样位点覆盖了目标测试区域，当飞行平台承载测试设备沿飞行轨迹运行时，在各采样位点进行采样后即可获得目标测试区域的测试数据，再通过处理设备进行计算处理后即可得到待测的天线辐射特性，完成对待测载体天线辐射特性的测试；通过飞行平台承载测试设备进行测试工作，而无需像现有的测试系统一样搭建多轴转台或扫描架，使得测试过程更加快捷方便，且成本更低。
进一步的，所述基准坐标系为以所述固定测试站所在位置为原点建立的球面坐标系，所述采样位点由所述基准坐标系中的坐标确定，并按照预定采样间隔分布在所述飞行轨迹上。
进一步的，所述飞行平台按照设定的飞行轨迹运行，并在各所述采样位点进行采样，得到反映待测载体辐射特性的测量数据包括：
通过所述GPS基准站和所述GPS移动站的相对位置关系得到所述飞行平台的位置信息，并依据预定规则对所述位置信息进行差分计算。
通过采用上述技术方案，对飞行平台的定位更加精确，提高了测试结果的准确度。
进一步的，利用所述处理设备进行计算得到所述待测载体的天线辐射特性之前还包括：
对获得的所述测量数据依据预设的修正参数进行数据差值计算。
通过采用上述技术方案，对测量数据进行误差修正，进一步提高测试结果的准确性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
其一，通过飞行平台搭载GPS移动站、测试探头和第二测试仪器进行辐射特性测试，使得测试过程更加方便快捷，且测试成本更低；
其二，测试结果更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中测试系统测试过程的示意图；
图2为本发明实施例中测试系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中信号处理模块的结构示意图；
图4为本发明实施例中测试方法的流程图。
图中：1、固定测试站；11、GPS基准站；111、基准发射机；112、实时接收机；113、GPS测量天线；114、第一通信天线；12、第一测试仪；13、遥控装置；2、移动测试站；21、GPS移动站；211、基准接收机；212、实时发射机；213、机载型GPS天线；214、第二通信天线；215、存储介质；22、飞行平台；23、测试探头；24、第二测试仪；241、接收放大器；242、AD转换器；243、数据处理器；3、处理设备；4、待测载体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种大型外场天线测试系统，如图1和图2所示，包括：安装在待测载体4上的固定测试站1、用于进行辐射特性测试的移动测试站2，以及，处理设备3。
具体的，固定测试站1包括：承载于待测载体4、用于进行实时定位的GPS基准站11；与GPS基准站11相连、用于处理GPS基准站11发出的被测天线信号以得到测量数据的第一测试仪12；以及，用于控制移动测试站2运动轨迹的遥控装置13。
GPS基准站11包括：用于发射固定测试站1位置差分信息的基准发射机111；用于接收移动测试站2实时定位数据的实时接收机112；GPS测量天线113；以及，第一通信天线114；通过基准发射机111进行信号的发射，实时接收机112实时进行的信号接收，GPS测量天线113进行位置的测量，第一通信天线114进行数据的收发，实现对移动测试站2的定位。
移动测试站2包括：受控于遥控装置13沿预定的或可控制的飞行轨迹移动的飞行平台22，飞行平台22选用旋翼无人机，相应的，遥控装置13为控制旋翼无人机的遥控器，其与内置于旋翼无人机的信号接收模组进行通信，实现对旋翼无人机的控制；承载于飞行平台22、用于对飞行平台22进行实时定位的GPS移动站21，GPS移动站21与GPS基准站11以及卫星定位系统相连；承载于飞行平台22、用于发射和/或接收测试信号的测试探头23；以及，与测试探头23相连、用于处理测试探头23发射和/或接收的测试信号的第二测试仪24。
GPS移动站21包括：用于接收固定测试站1位置差分信息的基准接收机211；用于发射移动测试站2实时位置定位数据的实时发射机212；机载型GPS天线213；第二通信天线214；以及，用于存储位置信息的存储介质215；通过基准接收机211接收基准发射机111发射的信号，实时发射机212向实时接收机112发送实时定位信号，机载型GPS天线213进行实时的定位，第二通信天线214与第一通信天线114进行通信，获得的位置信息存储在存储介质215中，从而实现对移动测试站2的实时定位。
辐射特性包括发射性能和接收性能，在进行接收性能测试时，第一测试仪12选用频谱仪，第二测试仪24选用微型信号源和/或网络分析仪；在进行发射性能测试时，第二测试仪24选用如下结构中的一种或多种组合：信号处理模块、频谱仪和网络分析仪，本实施例中选用信号处理模块,如图3所示，信号处理模块包括：用于接收测试信号的接收放大器241；与接收放大器241相连的AD转换器242；以及，与AD转换器242相连、用于对测试信号进行处理的数据处理器243，测试信号由接收放大器241接收和放大后，AD转换器242将测试信号转换成数字信号传输到数据处理器243进行处理，得到测量数据；在其他实施例中，第二测试仪24可以选用网络分析仪，网络分析仪同时具备信号处理功能和频谱仪的功能，因此可以同时进行接收性能测试和发射性能测试；在选用第二测试仪24时，考虑到飞行平台22的载重能力和续航能力，因此信号处理模块、频谱仪和网络分析仪均选取重量较轻的型号。
处理设备3与第一测试仪12和第二测试仪24相连、用于对第一测试仪12和第二测试仪24得到的测量数据进行处理以的得到反映待测载体4的辐射特性的测量结果，处理设备3为搭载有用于进行天线辐射特性数据处理功能的数据处理软件的计算机或工控机，数据处理软件为现有技术，在此不作赘述；测量结果一般为天线辐射方向图，通过天线辐射方向图即可得出待测测载体的天线辐射特性。
在进行天线辐射特性测试时，分别进行发射性能和接收性能的测试；
检测待测载体4的接收性能时，测试探头23处于发射状态，向GPS基准站11发射测试信号，遥控装置13控制飞行平台22按照预定的飞行轨迹飞行，同时在飞行平台22飞行过程中通过遥控装置13对其飞行轨迹进行控制和调整，并通过GPS基准站11和GPS移动站21对飞行平台22进行实时定位，在飞行的过程中进行数据的采集，第一测试仪12对采集到的数据进行处理得到多组测量数据，最后处理设备3对测量数据进行处理即可获取待测载体4的接收性能；
检测待测载体4的发射性能时，固定测试站1处于发射状态，测试探头23处于接收状态，由固定测试站1的系统信号源发出测试信号，遥控装置13控制飞行平台22按照预定的飞行轨迹飞行，同时在飞行平台22飞行过程中通过遥控装置13对其飞行轨迹进行控制和调整，并通过GPS基准站11和GPS移动站21对飞行平台22进行实时定位，在飞行的过程中进行数据的采集，测试探头23将接收到的数据发送到第二测试仪24，第二测试仪24对采集到的数据进行处理得到多组测量数据，最后处理设备3对测量数据进行处理即可获取待测载体4的发射性能；
通过飞行平台22搭载GPS移动站21、测试探头23和第二测试仪24器进行辐射特性测试，使得测试过程更加方便快捷。
相应的，如图4所示，本实施例还提供一种大型外场天线测试方法，该方法基于上述的测试系统，包括：
501，按照预定策略建立基准坐标系并设定飞行平台22的飞行轨迹和采样位点，飞行轨迹和采样位点覆盖待测载体4的目标测试区域，在测试时，将固定测试站1置于待测载体4的中心位置，基准坐标系为以固定测试站1所在位置为原点建立的球面坐标系，采样位点由基准坐标系中的坐标确定，并按照预定采样间隔分布在飞行轨迹上，飞行轨迹包括沿经线方向分布的第一轨迹和沿纬线方向分布的第二轨迹，第一轨迹和第二轨迹均为按照预定采样间隔分布的多个，采样位点由经线和纬线确定的坐标确定，预定间隔根据实际测量要求确定，可以是1°、2°、5°等，通常，当间隔为0时，只生成水平圆环或垂直半圆环的飞行轨迹，测量的范围依据待测载体4实际需要采样的范围确定；
502，飞行平台22按照设定的飞行轨迹运行，并在各采样位点进行采样，得到反映待测载体4辐射特性的测量数据，测量数据包括接收性能数据和发射性能数据两部分，其测试过程与上述过程一致，即：检测待测载体4的接收性能时，测试探头23处于发射状态，向GPS基准站11发射测试信号，遥控装置13控制飞行平台22按照预定的飞行，并通过GPS基准站11和GPS移动站21对飞行平台22进行实时定位，在飞行的过程中进行数据的采集，第一测试仪12对采集到的数据进行处理得到多组测量数据；检测待测载体4的发射性能时，固定测试站1处于发射状态，测试探头23处于接收状态，由固定测试站1的系统信号源发出测试信号，遥控装置13控制飞行平台22按照预定的飞行，并通过GPS基准站11和GPS移动站21对飞行平台22进行实时定位，在飞行的过程中进行数据的采集，测试探头23将接收到的数据发送到第二测试仪24，第二测试仪24对采集到的数据进行处理得到多组测量数据；
在进行测试时，通过GPS基准站11和GPS移动站21的相对位置关系得到飞行平台22的位置信息，由于受外界环境的影响，定位的过程容易发生偏差，因此通常还依据预定规则对位置信息进行差分计算，根据GPS基准站11已知的基础坐标，估算出每一颗卫星测量中缓慢变化的各种误差分量，形成可见差分数据，即为位置信息的偏差量，由GPS基准站11实时将这一数据发送出去，GPS移动站21接收卫星数据的同时，也接收到GPS基准站11发出的差分数据，并对其定位结果进行修正，从而对飞行平台22的定位更加精确，提高了测试结果的准确度，差分计算可采样现有的差分处理软件进行。
503，对获得的测量数据依据预设的修正参数进行数据差值计算，由于利用无人机进行天线辐射特性测试时，会受到风力、定位精度、飞行速度、通信质量等因素的影响，造成数据丢包、位置偏差的数据偏差，因此通过计算差值对测量数据进行误差修正，从而进一步提高测试结果的准确性，计算差值采用现有的差值计算软件进行，修正参数根据实际测试环境具体确定；
504，利用处理设备3进行计算得到待测载体4的天线辐射特性，其计算过程通过处理设备3中搭载的数据处理软件进行，天线辐射特性一般包括天线辐射方向图、幅度相位信息、波瓣宽度等信息。
在进行测试时，先设定飞行平台22的飞行轨迹和采样位点，由于飞行轨迹和采样位点覆盖了目标测试区域，当飞行平台22承载测试设备沿飞行轨迹运行时，在各采样位点进行采样后即可获得目标测试区域的测试数据，再通过处理设备3进行计算处理后即可得到待测的天线辐射特性，完成对待测载体4天线辐射特性的测试；通过飞行平台22承载测试设备进行测试工作，而无需像现有的测试系统一样搭建多轴转台或扫描架，使得测试过程更加快捷方便，且成本更低。
在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所述涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元之间的间接耦合或通信连接，可以是电信或者其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而并非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种大型外场天线测试系统，其特征在于，包括：安装在待测载体(4)上的固定测试站(1)、用于进行辐射特性测试的移动测试站(2)，以及，处理设备(3)；
所述固定测试站(1)包括：
承载于待测载体(4)、用于进行实时定位的GPS基准站(11)；
与所述GPS基准站(11)相连、用于处理所述GPS基准站(11)发出的被测天线信号以得到测量数据的第一测试仪(12)；以及，
用于控制所述移动测试站(2)运动轨迹的遥控装置(13)；
所述移动测试站(2)包括：
受控于所述遥控装置(13)沿预定的或可控制的飞行轨迹移动的飞行平台(22)；
承载于所述飞行平台(22)、用于对所述飞行平台(22)进行实时定位的GPS移动站(21)，所述GPS移动站(21)与所述GPS基准站(11)以及卫星定位系统相连；
承载于所述飞行平台(22)、用于发射和/或接收测试信号的测试探头(23)；以及，
与所述测试探头(23)相连、用于处理所述测试探头(23)发射和/或接收的测试信号的第二测试仪(24)；
所述处理设备(3)与所述第一测试仪(12)和第二测试仪(24)相连、用于对所述第一测试仪(12)和第二测试仪(24)得到的测量数据进行处理以的得到反映所述待测载体(4)的辐射特性的测量结果，所述辐射特性包括发射性能和接收性能，在进行接收性能测试时，所述第一测试仪(12)选用频谱仪，所述第二测试仪(24)选用微型信号源和/或网络分析仪；在进行发射性能测试时，所述第二测试仪(24)选用如下结构中的一种或多种组合：信号处理模块、频谱仪和网络分析仪，所述飞行平台(22)选用旋翼无人机。
2.根据权利要求1所述的大型外场天线测试系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：
用于接收测试信号的接收放大器(241)；
与所述接收放大器(241)相连的AD转换器(242)；以及，
与所述AD转换器(242)相连、用于对测试信号进行处理的数据处理器(243)。
3.根据权利要求1所述的大型外场天线测试系统，其特征在于，所述GPS基准站(11)包括：
用于发射所述固定测试站(1)位置差分信息的基准发射机(111)；
用于接收所述移动测试站(2)实时定位数据的实时接收机(112)；
GPS测量天线(113)；以及，第一通信天线(114)。
4.根据权利要求1所述的大型外场天线测试系统，其特征在于，所述GPS移动站(21)包括：
用于接收所述固定测试站(1)位置差分信息的基准接收机(211)；
用于发射所述移动测试站(2)实时位置定位数据的实时发射机(212)；
机载型GPS天线(213)；
第二通信天线(214)；以及，
用于存储位置信息的存储介质(215)。
5.一种大型外场天线测试方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1至4中任一项所述的测试系统，包括：
按照预定策略建立基准坐标系并设定所述飞行平台(22)的飞行轨迹和采样位点，所述飞行轨迹和所述采样位点覆盖待测载体(4)的目标测试区域；
所述飞行平台(22)按照设定的飞行轨迹运行，并在各所述采样位点进行采样，得到反映待测载体(4)辐射特性的测量数据；
利用所述处理设备(3)进行计算得到所述待测载体(4)的天线辐射特性。
6.根据权利要求5所述的大型外场天线测试方法，其特征在于，所述基准坐标系为以所述固定测试站(1)所在位置为原点建立的球面坐标系，所述采样位点由所述基准坐标系中的坐标确定，并按照预定采样间隔分布在所述飞行轨迹上。
7.根据权利要求5所述的大型外场天线测试方法，其特征在于，所述飞行平台(22)按照设定的飞行轨迹运行，并在各所述采样位点进行采样，得到反映待测载体(4)辐射特性的测量数据包括：
通过所述GPS基准站(11)和所述GPS移动站(21)的相对位置关系得到所述飞行平台(22)的位置信息，并依据预定规则对所述位置信息进行差分计算。
8.根据权利要求5所述的大型外场天线测试方法，其特征在于，利用所述处理设备(3)进行计算得到所述待测载体(4)的天线辐射特性之前还包括：
对获得的所述测量数据依据预设的修正参数进行数据差值计算。
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