CN112068090A - 用于测试被测雷达的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测试被测雷达的系统和方法。提供一种用于测试被测雷达(13)的系统(1)。该系统(1)包括：具有多个天线元件(211，212，…，21N)的天线阵列(11)、在所述多个天线元件(211，212，…，21N)下游的多个收发器(191，192，…，19N)、以及处理单元(15)。在该背景下，处理单元(15)被配置为通过发送和/或接收二维测试图案来与被测雷达(13)通信、以及将该二维测试图案与参考图案相比较。

Description

用于测试被测雷达的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于测试被测雷达、尤其用于测试有源电子扫描阵列(ActiveElectronically Scanned Array，AESA)雷达的小型固态发射器-接收器模块的功能的系统及相应方法。
背景技术
雷达成像已广泛应用于地形辅助导航，以提供导航位置更新。将在天线主波束返回所对应的范围内的多个单元格(cell)转换为高分辨率图像，并且将这多个单元格与在数据库参考系中所选的地形段相关联，以提供更新的导航位置评估。例如，美国专利No.9,110,170B1示出了使用多通道单脉冲雷达成像的这类地形辅助导航。
通常，利用近场探针在各个发射-接收模块处测试包括有源相控阵的雷达。基于近场测量，模拟远场辐射图案。为了探测各个发射器-接收器模块，利用尺寸为中心频率的四分之一波长的切割的波导。由于发射器-接收器模块的数量(这取决于待测雷达的类型和应用)很高，使得这类探测花费一天或甚至更长时间来完成测量。此外，通常将小型固态发射器-接收器模块集成到支撑板(plank)中，限制其对模拟射频部分的访问。因此，性能测试限于空中测量，这导致增加数字化和相位校准的复杂性的耗时过程。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于测试被测雷达、尤其利用雷达成像来测试有源相控阵雷达的发射器-接收器模块的性能的系统和方法，以显著缩短测量时间且同时进一步提高测试质量和准确性。
该目的通过针对系统的第一独立权利要求的特征以及通过针对方法的第二独立权利要求的特征来解决。从属权利要求包含进一步的改进。
根据本发明的第一方面，提供一种用于测试被测雷达的系统。所述系统包括：天线阵列，所述天线阵列具有多个天线元件；多个收发器，所述多个收发器在所述多个天线元件下游；以及处理单元。在该背景下，所述处理单元被配置为通过发送和/或接收二维测试图案来与所述被测雷达通信、以及将所述二维测试图案与参考图案相比较。有利地，通过利用二维测试图案来进行被测雷达的各个发射器-接收器模块的扩展性能测试。将形成的例如从被测雷达辐射的辐射图案与预定义的参考图案相比较，以评估每个发射器-接收器模块的功能。
根据本发明的所述第一方面的第一优选实现形式，所述多个收发器适用于借助各个相应的天线元件从所述天线阵列接收信号和/或通过所述天线阵列发送信号。在该背景下，每个收发器包括对应于将信号发送到相关联的天线元件和从相关联的天线元件接收信号的上行路径和下行路径。所述多个收发器和所述多个天线元件有利地提供高冗余。
根据本发明的所述第一方面的第二优选实现形式，所述处理单元还被配置为控制所述多个收发器的增益和相位，从而生成所述二维测试图案。有利地，数字地控制波束成型波束的取向和焦点以实现快速响应时间和快速操作，以在很短的连续时间内发射例如功率极低的毫米波。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述多个天线元件采用二维配置来布置以促进二维波束成型。有利地，有效地生成二维天线图案。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述二维测试图案对应于数字图像，该数字图像导致复合射频图像形式的辐射图案。有利地，该复合射频图像有效地运用雷达参数，诸如波束转向、幅度控制、光谱纯度等等。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述处理单元还被配置为将所述复合射频图像处理成水平图像分量和竖直图像分量。该水平图像分量和竖直图像分量对应于原始射频图像，调整该原始射频图像并使其数字化以备后期处理，这导致复值图像。有利地，这类图像处理加快测试图案相对于参考图案的评定，且显著缩短整体测试时间。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述系统还包括位于所述被测雷达与所述天线阵列之间的射频透镜。有利地，去往和来自天线阵列的波束成型波束甚至在近场中也为基本线性的。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述系统还包括消声室，所述消声室包围所述天线阵列、所述射频透镜和所述被测雷达。有利地，在测试区的受控的干扰情况或零干扰情况下执行被测雷达的空中测试。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述系统还包括用户界面、优选地图形用户界面。有利地，通过对图形元素的直接操纵，很容易执行控制测试参数且分析测试结果。
根据本发明的所述第一方面的另一优选实现形式，所述系统还包括存储单元，以便存储所述二维测试图案、所述参考图案和测试结果的历史。可以多次将测试图案用于相对于参考图案的相关调整。另外，可以预先存储多个测试图案，且可以依次使用这多个测试图案来全面测试被测雷达的功能。此外，可以在任何时间评估先前的测试结果，以有效地识别在当前测量期间可能出现的任何错误。有利地，显著提高测试准确性。
根据本发明的第二方面，提供一种用于使用天线阵列测试被测雷达的方法，所述天线阵列具有多个天线元件。所述方法包括如下步骤：通过借助所述天线阵列发送和/或接收二维测试图案来与所述被测雷达通信，以及将所述二维测试图案与参考图案相比较。有利地，通过利用二维测试图案进行被测雷达的各个发射器-接收器模块的扩展性能测试。将形成的例如从被测雷达辐射的辐射图案与预定义的参考图案相比较，以评估每个发射器-接收器模块的功能。
根据本发明的所述第二方面的第一优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：控制所述多个收发器的增益和相位，从而生成所述二维测试图案。有利地，数字地控制波束成型波束的取向和焦点以实现快速响应时间和快速操作，以在很短的连续时间内发射例如功率极低的毫米波。
根据本发明的所述第二方面的第二优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：采用二维配置来布置所述多个天线元件以促进二维波束成型。有利地，有效地生成二维天线图案。
根据本发明的所述第二方面的另一优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：利用数字图像作为所述二维测试图案，所述数字图像导致复合射频图像形式的辐射图案。有利地，所述复合射频图像有效地运用雷达参数，诸如波束转向、幅度控制、光谱纯度等等。
根据本发明的所述第二方面的另一优选实现形式，所述方法还包括如下步骤：将所述复合射频图像处理成水平图像分量和竖直图像分量。该水平图像分量和竖直图像分量对应于原始射频图像，调整该原始射频图像并使其数字化以备后期处理，这导致复值图像。有利地，这类图像处理加快测试图案相对于参考图案的评定，且显著缩短整体测试时间。
附图说明
现在仅通过示例而非限制的方式参照附图进一步阐述本发明的示例性实施方式。附图中：
图1示出了根据本发明的第一方面的系统的框图，
图2示出了根据本发明的第一方面的系统对被测雷达执行发送测试的框图，
图3示出了根据本发明的第一方面的系统对被测雷达执行接收测试的框图，
图4示出了本发明的第二方面的示例性实施方式的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施方式，这些实施方式的示例在附图中示出。然而，本发明的如下实施方式可以各种不同地被修改，以及本发明的范围不受如下实施方式限制。
图1示出了根据本发明的第一方面的系统1的框图。系统1包括天线阵列11，该天线阵列11具有多个天线元件211、212、…、21N。天线元件211、212、…、21N采用二维配置且以均匀的间距布置在天线阵列11上。附加地或可替选地，天线元件211、212、…、21N可以采用二维配置且以相控权重布置在天线阵列11上，该相控权重取决于限定天线信号的建设性或破坏性添加的到达角和/或离去角。
系统1还包括在所述多个天线元件211、212、…、21N下游的多个收发器191、192、…、19N。所述多个收发器191、192、…、19N中的每一个收发器借助上行路径和下行路径(在图1中未示出)与多个天线元件211、212、…、21N中每一个对应的天线元件串联连接。收发器191、192、…、19N通常包括：用于使波束成型波束定向且聚焦的可控的衰减器和移相器、用于发送的功率放大器和用于接收的低噪声放大器。放大器、衰减器和移相器的功能在本领域中是已知的，因此本文中未更详细地描述。
所述多个收发器(T/R)191、192、…、19N通过数据总线线路连接到处理单元(PROC)15，该处理单元15数字地控制收发器191、192、…、19N的可控的衰减器和移相器以调节收发器191、192、…、19N的相应增益和相位，从而借助二维布置的天线元件211、212、…、21N生成二维测试图案。
系统1还包括消声室20，该消声室20包围天线阵列11、射频透镜17和被测雷达13。射频透镜17有效地使波束成型波束在近场中线性化，从而允许测试系统1设置在近场中。被测雷达13优选地为有源电子扫描阵列雷达。
处理单元15连接到存储单元(MU)24，该存储单元24还连接到被测雷达13。本文中的术语“连接”表示通过允许基带传输的媒介(例如以太网电缆、同轴电缆等)的互连。系统1还包括连接到处理单元15和存储单元24的图形用户界面(GUI)22。图形用户界面22可以通过数据电缆而直接连接或借助无线局域网而远程连接。优选地，图形用户界面22包括基于菜单的界面和直接操纵界面，以便促进用户将测试系统1配置为满足其在多样化测试环境中的特定需求。
所述多个收发器191、192、…、19N、处理单元15、图形用户界面22和存储单元24总体上也被称为测试器10。
图2示出了根据本发明的第一方面的系统1对被测雷达13执行发送测试的框图。测试器10将数字图像上传到被测雷达13的处理器。被测雷达13生成对应于该数字图像的辐射图案23，该数字图像导致复合射频图像。测试器10的天线阵列11捕获该复合射频图像，其中，处理单元15执行信号处理以相对于该数字图像的已知图案分析接收到的射频图像。多次重复上述过程以对被测雷达13的每个发射器-接收器模块执行综合的发送测试。
图3示出了根据本发明的第一方面的系统1对被测雷达13执行接收测试的框图。在该设置中，测试器10将数字图像发送到被测雷达13以对被测雷达13的每个发射器-接收器模块执行综合的接收测试。测试器10的处理单元15控制所述多个收发器191、192、…、19N的增益和相位，从而生成辐射图案27，该辐射图案27模拟被测雷达13的发射器-接收器模块上的雷达反射。被测雷达13接收相应的复合射频图像，并相对于该数字图像的已知图案进一步分析该复合射频图像。也多次重复该过程以全面测试每个发射器-接收器模块。应当注意，可以单独地和/或同步地执行发送测试和接收测试。对于同步的发送和接收测试，使用多个数字测试图像来改进用于图像处理的相关分析。
图4示出了根据本发明的第二方面的本发明的方法的示例性实施方式的流程图。在第一步骤100中，通过借助天线阵列发送和/或接收二维测试图案来与被测雷达通信。在第二步骤101中，将二维测试图案与参考图案相比较。
尽管上文已描述了本发明的各种实施方式，但是应当理解，仅通过示例而非限制的方式呈现了这些实施方式。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可以按照本文中的公开内容进行对所公开的实施方式的多种修改。因此，本发明的宽度和范围不应当受上述实施方式中的任一实施方式限制。而是，本发明的范围应当按照所附权利要求及其等效物来限定。
尽管关于一个或多个实现方式示出和描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说，在阅读并理解本说明书和附图之后，会想到等效变型和修改。另外，尽管可能已经关于多个实现方式中的仅一个实现方式公开了本发明的特定特征，但是这类特征可以与其它实现方式的一个或多个如对于任一给定或特定应用可以为期望的且有利的其它特征组合。

Claims (15)

1.一种用于测试被测雷达(13)的系统(1)，包括：
天线阵列(11)，所述天线阵列(11)具有多个天线元件(211，212，…，21N)，
多个收发器(191，192，…，19N)，所述多个收发器(191，192，…，19N)在所述多个天线元件(211，212，…，21N)下游，以及
处理单元(15)，
其中，所述处理单元(15)被配置为通过发送和/或接收二维测试图案来与所述被测雷达(13)通信、以及将所述二维测试图案与参考图案相比较。
2.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述多个收发器(191，192，…，19N)用于借助各个相应的天线元件(211，212，…，21N)从所述天线阵列(11)接收信号和/或通过所述天线阵列(11)发送信号。
3.根据权利要求1或2所述的系统，
其中，所述处理单元(15)还被配置为控制所述多个收发器(191，192，…，19N)的增益和相位，从而生成所述二维测试图案。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，
其中，所述多个天线元件(211，212，…，21N)采用二维配置来布置以促进二维波束成型。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，
其中，所述二维测试图案对应于数字图像，所述数字图像导致复合射频图像形式的辐射图案。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，
其中，所述处理单元(15)还被配置为将所述复合射频图像处理为水平图像分量和竖直图像分量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括位于所述被测雷达(13)与所述天线阵列(11)之间的射频透镜(17)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括消声室(20)，所述消声室(20)包围所述天线阵列(11)、所述射频透镜(17)和所述被测雷达(13)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括用户界面(22)、优选地图形用户界面。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括存储单元(24)，以存储所述二维测试图案、所述参考图案和测试结果的历史。
11.一种用于使用天线阵列(11)测试被测雷达的方法，所述天线阵列(11)具有多个天线元件(211，212，…，21N)，所述方法包括如下步骤：
通过借助所述天线阵列(11)发送和/或接收二维测试图案来与所述被测雷达通信，以及
将所述二维测试图案与参考图案相比较。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：控制多个收发器的增益和相位，从而生成所述二维测试图案。
13.根据权利要求11或12所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：采用二维配置来布置所述多个天线元件以促进二维波束成型。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：利用数字图像作为所述二维测试图案，所述数字图像导致复合射频图像形式的辐射图案。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，
其中，所述方法还包括如下步骤：将所述复合射频图像处理成水平图像分量和竖直图像分量。
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