CN112130125B - 一种星载sar热试验大功率多通道相位校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,属于航天器SAR载荷测试技术领域;步骤一、测量不同工况下热真空校准电缆相位漂移Φc(n);步骤二、记录每个工况下热真空校准电缆不同位置处的温度值T(n,k);步骤三、查询热真空校准电缆不同位置温度对应的相位变化值Θc(T(n,k));步骤四、计算权重矩阵Wc;步骤五、查询热真空稳幅稳相电缆不同位置温度对应的相位变化值Θt(T(n,k),j);步骤六、计算热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计矩阵Yt(j);步骤七、对不同测试工况下的各热真空稳幅稳相电缆进行相位校正;解决了多通道高分辨率星载SAR热试验测试的多通道相位一致性问题,并提高热试验测试设备的安全可验证性、降低微放电风险。

Description

一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法
技术领域
本发明属于航天器SAR载荷测试技术领域,涉及一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法。
背景技术
随着星载合成孔径雷达(SAR)成像技术的不断进步,SAR卫星成像分辨率已进入亚米级时代,并呈现出宽幅成像实用化的趋势。反射面天线体制星载SAR增益高、功率大,且具有方向图稳定、旁瓣低的优点,是实现高分宽幅成像的一种重要实现途径。一方面,为保证高分辨率SAR的NESZ满足指标要求,卫星SAR载荷需增加星上SAR载荷峰值输出功率。另一方面,为在高分辨率成像的同时实现宽幅覆盖,基于多通道技术,通过不同的SAR天线系统馈源组合扩大距离向波束。因此,大功率、多通道是反射面天线体制星载SAR宽幅成像的设计特点,也是其热试验测试的重要约束。
传统星载SAR热试验时,常采用罐外风冷负载的散热方法。该方法使用耐受功率较高的波导作为热真空罐内的地面载荷传输通道,将星上大功率SAR信号引出至罐外风冷负载进行强迫风冷。
对于大功率、反射面天线体制多通道高分辨率星载SAR,如果采用上述风冷散热方式,则将面临多通道相位一致性难以保证的问题,从而影响SAR成像测试质量。其原因为,卫星到真空罐壁的波导通道距离较长,且每个波导通道均需多段波导拼接完成。不仅波导拼接后的应力难以完全释放,且波导通道空间分布独立,相位传输特性对热真空环境温度变化敏感,所以热真空试验时SAR上下行链路多通道相位一致性较差,SAR成像质量恶化严重。
与风冷散热技术相比,液冷散热技术具有冷却效率高、散热负载体积小、稳定性好等优点。同时,采用液冷散热后,耦合出的小信号可用电缆传输,相比波导,电缆控温控相方法更加灵活。
但是,需要注意的是,由于电缆不同区域间温度难免存在差异,同时电缆布设中存在机械弯曲,电缆相位会产生漂移。热试验测试时,不同热真空稳幅稳相电缆的相位漂移在受到外界温度和物理环境的共同影响下而发生不同改变,其值由各电缆本身特性决定。为此,需对各热真空稳幅稳相电缆进行不同测试工况下的相位校正,解决各热真空稳幅稳相电缆相位漂移差异问题。目前,国内外对将液冷负载应用于星载SAR热真空试验散热的研究工作尚未见公开报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提出一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,解决了多通道高分辨率星载SAR热试验测试的多通道相位一致性问题,并提高热试验测试设备的安全可验证性、降低微放电风险。
本发明解决技术的方案是:
一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,包括如下步骤:
步骤一、进行星载SAR热试验,测量不同工况下热真空校准电缆相位漂移Φc(n);其中,n为测量工况次序编号;n为正整数;
步骤二、记录每个工况下热真空校准电缆不同位置处的温度值T(n,k);其中,k为热真空校准电缆不同位置的编号;
步骤三、查询热真空校准电缆的相位-温度历史数据,获得热真空校准电缆不同位置温度对应的相位变化值Θc(T(n,k));
步骤四、以热真空校准电缆相位漂移Φc(n)组成校准输出变量矩阵Yc;以热真空校准电缆不同位置温度对应的相位变化值Θc(T(n,k))组成校准输入变量矩阵Ac;计算权重矩阵Wc
步骤五、查询热真空稳幅稳相电缆的相位-温度历史数据;获得热真空稳幅稳相电缆不同位置温度对应的相位变化值Θt(T(n,k),j),其中,j为热真空稳幅稳相电缆的编号;
步骤六、以热真空稳幅稳相电缆不同位置温度对应的相位变化值Θt(T(n,k),j)组成被测输入变量矩阵At(j);根据权重矩阵Wc,计算热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计矩阵Yt(j);
步骤七、根据相位漂移估计矩阵Yt(j),对不同测试工况下的各热真空稳幅稳相电缆进行相位校正。
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,所述步骤一中,测试工况包括调带成像、扫描成像和滑动聚束成像;n为1或2或3。
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,所述步骤二中,沿热真空校准电缆的电缆轴向均匀设置K个测试点,K为正整数,且10≤K≤20;k=1,2,……,K。
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,所述步骤四中,权重矩阵Wc的计算方法为:
其中,校准输出变量矩阵Yc为:
校准输入变量矩阵Ac为:
则权重矩阵Wc为:
其中,W(0)为权重矩阵Wc的常数项。
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,所述步骤六中,热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计矩阵Yt(j)的计算方法为:
Yt(j)=At(j)Wc
其中,被测输入变量矩阵At(j)为:
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,所述步骤六中,热真空稳幅稳相电缆的输入端连接至热真空耦合器耦合口,实现在热真空环境下引导射频耦合信号至热真空罐壁穿墙转接。
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,在进行星载SAR热试验时,将热真空校准电缆和热真空稳幅稳相电缆设置在控温铝槽内腔中;且校准电缆的输入端和输出端分别连接至热真空罐壁穿墙转接,用于对热真空稳幅稳相电缆的传输信号进行相位一致性校正;通过控温铝槽实现对热真空校准电缆和热真空稳幅稳相电缆进行闭环温度控制,减小热真空校准电缆、热真空稳幅稳相电缆随温度的相位变化。
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,所述热真空校准电缆与热真空稳幅稳相电缆类型相同,热真空校准电缆的长度为热真空稳幅稳相电缆长度的2倍。
在上述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,各热真空稳幅稳相电缆在热真空且常温25℃环境下,初始相位均相同。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)本发明提出在星载SAR热试验测试中在液冷负载前端进行信号耦合,通过稳幅稳相电缆代替长距波导进行载荷测试,并利用控温铝槽对热真空稳幅稳相电缆进行高精度集中控温,使热试验时各电缆通道的温度接近,降低温度差异性对通道传输性能的影响,从而减小稳幅稳相电缆通道间相位差异;
(2)本发明提出在控温铝槽内设置与热真空稳幅稳相电缆同类型、同布设路径的热真空校准电缆,通过测量热真空校准电缆相位漂移与热真空控温铝槽不同位置处温度,获取热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计并进行相位校正,从而进一步去除由控温铝槽不同区域间温差和电缆布设机械弯曲引起的稳幅稳相电缆通道间相位差异;
(3)本发明的基于液冷散热的星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,能够有效解决多通道高分辨率星载SAR热试验测试的多通道相位一致性问题,改善热试验SAR成像测试质量。
附图说明
图1为本发明星载SAR试验大功率多通道相位校正流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提出一种基于液冷散热的星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,在星载SAR热试验测试中采用热真空液冷负载,并在液冷负载前端进行信号耦合,从而可通过稳幅稳相电缆代替长距波导进行载荷测试,通过控温铝槽减小稳幅稳相电缆的相位变化;提出通过校准电缆和最小二乘法估计出稳幅稳相电缆的相位漂移,解决多通道高分辨率星载SAR热试验测试的多通道相位一致性问题。
星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,如图1所示,具体包括如下步骤:
步骤一、进行星载SAR热试验,测量不同工况下热真空校准电缆相位漂移Φc(n);其中,n为测量工况次序编号;n为正整数;测试工况包括调带成像、扫描成像和滑动聚束成像;n为1或2或3。
步骤二、记录每个工况下热真空校准电缆不同位置处的温度值T(n,k);其中,k为热真空校准电缆不同位置的编号;沿热真空校准电缆的电缆轴向均匀设置K个测试点,K为正整数,且10≤K≤20;k=1,2,……,K。
步骤三、查询热真空校准电缆的相位-温度历史数据,获得热真空校准电缆不同位置温度对应的相位变化值Θc(T(n,k))。
步骤四、以热真空校准电缆相位漂移Φc(n)组成校准输出变量矩阵Yc;以热真空校准电缆不同位置温度对应的相位变化值Θc(T(n,k))组成校准输入变量矩阵Ac;计算权重矩阵Wc;权重矩阵Wc的计算方法为:
其中,校准输出变量矩阵Yc为:
校准输入变量矩阵Ac为:
则权重矩阵Wc为:
其中,W(0)为权重矩阵Wc的常数项。
步骤五、查询热真空稳幅稳相电缆的相位-温度历史数据;获得热真空稳幅稳相电缆不同位置温度对应的相位变化值Θt(T(n,k),j),其中,j为热真空稳幅稳相电缆的编号;热真空稳幅稳相电缆的输入端连接至热真空耦合器耦合口,实现在热真空环境下引导射频耦合信号至热真空罐壁穿墙转接。
步骤六、以热真空稳幅稳相电缆不同位置温度对应的相位变化值Θt(T(n,k),j)组成被测输入变量矩阵At(j);根据权重矩阵Wc,计算热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计矩阵Yt(j);热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计矩阵Yt(j)的计算方法为:
Yt(j)=At(j)Wc
其中,被测输入变量矩阵At(j)为:
步骤七、各热真空稳幅稳相电缆在热真空且常温25℃环境下,初始相位均相同。根据相位漂移估计矩阵Yt(j),对不同测试工况下的各热真空稳幅稳相电缆进行相位校正。
在进行星载SAR热试验时,将热真空校准电缆和热真空稳幅稳相电缆设置在控温铝槽内腔中;且校准电缆的输入端和输出端分别连接至热真空罐壁穿墙转接,用于对热真空稳幅稳相电缆的传输信号进行相位一致性校正;通过控温铝槽实现对热真空校准电缆和热真空稳幅稳相电缆进行闭环温度控制,减小热真空校准电缆、热真空稳幅稳相电缆随温度的相位变化。热真空校准电缆与热真空稳幅稳相电缆类型相同,热真空校准电缆的长度为热真空稳幅稳相电缆长度的2倍。
热真空校准电缆在热真空控温铝槽内与热真空稳幅稳相电缆布设路径相同,在热真空控温铝槽的同一部分区域内,热真空校准电缆与热真空稳幅稳相电缆具有相同的温度分布和机械弯曲特性。进行星载SAR热试验时,其它星地通道及设备包括:热真空耦合器、热真空液冷负载、热真空稳幅稳相电缆、热真空控温铝槽、罐外稳幅稳相射频电缆、矢量网络分析仪、SAR回波模拟器等。热真空耦合器,其输入端连接至星地延长波导,用于将大功率LFM信号按耦合比进行两路功率分配,生成大功率射频直通信号和射频耦合信号;
其中,热真空液冷负载,其输入端连接至热真空耦合器直通口,用于对大功率射频直通信号进行耗散和散热;罐外稳幅稳相射频电缆,其输入端连接至热真空罐壁穿墙转接,用于在常温常压环境下引导射频耦合信号至矢量网络分析仪、SAR回波模拟器等测试设备;矢量网络分析仪和SAR回波模拟器,其本体位于热真空罐外,矢量网络分析仪的输入端和输出端分别连接至热真空罐壁穿墙转接;所述矢量网络分析仪,用于测量热真空校准电缆的相位特性,获取不同测试工况下热真空校准电缆的相位漂移;所述SAR回波模拟器,用于接收热真空稳幅稳相电缆传输的星载SAR线性调信号,并发射星载SAR回波模拟信号,通过热真空稳幅稳相电缆传输返回至星载SAR。热真空液冷负载的冷却介质为水,或者其它冷却液体;所述冷却介质,通过外界液冷循环控制系统加压,与液冷负载内半导体元件进行热交换并通过液冷回路将大功率信号转换产生的热量循环带走。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、进行星载SAR热试验,测量不同工况下热真空校准电缆相位漂移Φc(n);其中,n为测量工况次序编号;n为正整数;
步骤二、记录每个工况下热真空校准电缆不同位置处的温度值T(n,k);其中,k为热真空校准电缆不同位置的编号;
步骤三、查询热真空校准电缆的相位-温度历史数据,获得热真空校准电缆不同位置温度对应的相位变化值Θc(T(n,k));
步骤四、以热真空校准电缆相位漂移Φc(n)组成校准输出变量矩阵Yc;以热真空校准电缆不同位置温度对应的相位变化值Θc(T(n,k))组成校准输入变量矩阵Ac;计算权重矩阵Wc
步骤五、查询热真空稳幅稳相电缆的相位-温度历史数据;获得热真空稳幅稳相电缆不同位置温度对应的相位变化值Θt(T(n,k),j),其中,j为热真空稳幅稳相电缆的编号;
步骤六、以热真空稳幅稳相电缆不同位置温度对应的相位变化值Θt(T(n,k),j)组成被测输入变量矩阵At(j);根据权重矩阵Wc,计算热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计矩阵Yt(j);
步骤七、根据相位漂移估计矩阵Yt(j),对不同测试工况下的各热真空稳幅稳相电缆进行相位校正。
2.根据权利要求1所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:所述步骤一中,测试工况包括调带成像、扫描成像和滑动聚束成像;n为1或2或3。
3.根据权利要求2所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:所述步骤二中,沿热真空校准电缆的电缆轴向均匀设置K个测试点,K为正整数,且10≤K≤20;k=1,2,……,K。
4.根据权利要求3所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:所述步骤四中,权重矩阵Wc的计算方法为:
其中,校准输出变量矩阵Yc为:
校准输入变量矩阵Ac为:
则权重矩阵Wc为:
其中,W(0)为权重矩阵Wc的常数项。
5.根据权利要求4所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:所述步骤六中,热真空稳幅稳相电缆在不同测试工况下的相位漂移估计矩阵Yt(j)的计算方法为:
Yt(j)=At(j)Wc
其中,被测输入变量矩阵At(j)为:
6.根据权利要求5所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:所述步骤五中,热真空稳幅稳相电缆的输入端连接至热真空耦合器耦合口,实现在热真空环境下引导射频耦合信号至热真空罐壁穿墙转接。
7.根据权利要求6所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:在进行星载SAR热试验时,将热真空校准电缆和热真空稳幅稳相电缆设置在控温铝槽内腔中;且校准电缆的输入端和输出端分别连接至热真空罐壁穿墙转接,用于对热真空稳幅稳相电缆的传输信号进行相位一致性校正;通过控温铝槽实现对热真空校准电缆和热真空稳幅稳相电缆进行闭环温度控制,减小热真空校准电缆、热真空稳幅稳相电缆随温度的相位变化。
8.根据权利要求7所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:所述热真空校准电缆与热真空稳幅稳相电缆类型相同,热真空校准电缆的长度为热真空稳幅稳相电缆长度的2倍。
9.根据权利要求8所述的一种星载SAR热试验大功率多通道相位校正方法,其特征在于:各热真空稳幅稳相电缆在热真空且常温25℃环境下,初始相位均相同。
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