CN112202509A - 一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，涉及相控阵天线校准领域，包括待测产品、测量子系统、定位子系统、控制子系统和软件子系统，待测产品包括相控阵导引头前端和导弹天线罩；测量子系统包括矢量网络分析仪、基准混频器、中频合路器和标准喇叭天线，且标准喇叭天线与相控阵导引头前端相对设置，所述测量子系统用于实现信号的产生、发射、采集和测量；定位子系统用于架设标准喇叭天线的三维扫描架，以及用于架设待测产品的二轴转台，所述定位子系统用于对待测产品和测量子系统的空间位置进行控制。本发明降低了系统成本，且可同时满足对相控阵变频信道的校准需求。

Description

一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统

技术领域

本发明涉及相控阵天线校准领域，具体涉及一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统。

背景技术

相控阵天线是当今导引头天线的重要发展方向。由于弹道导弹的特殊使用环境，即导引头需要匹配天线罩使用。天线罩的引入会导致相控阵天线方向图指标恶化，严重影响导引头的性能，因此需要将导弹天线罩对相控阵天线的幅度和相位影响进行校准补偿。

相控阵天线远场校准系统采用方位俯仰二轴转台控制导引头移动，通过采集不同位置下带天线罩的相控阵天线各阵元的相位和幅度，来补偿天线罩引入的影响。但是，由于二轴转台俯仰轴价格随所承载的产品尺寸与质量的增加而增长，在面对大尺寸高质量的天线罩时，导致远场校准补偿系统成本较高；另一方面，由于相控阵变频信道的各通道不可能完全一致，因此需要同时补偿变频信道也存在不一致性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，降低了系统成本，且可同时满足对相控阵变频信道的校准需求。

为达到以上目的，本发明提供一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，包括：

待测产品，其包括相控阵导引头前端和导弹天线罩；

测量子系统，其包括矢量网络分析仪、基准混频器、中频合路器和标准喇叭天线，且标准喇叭天线与相控阵导引头前端相对设置，所述测量子系统用于实现信号的产生、发射、采集和测量；

定位子系统，其包括用于架设标准喇叭天线的三维扫描架，以及用于架设待测产品的二轴转台，所述定位子系统用于对待测产品和测量子系统的空间位置进行控制；

控制子系统，其包括控制计算机和用于对所述相控阵导引头前端供电的大功率电源，所述控制子系统用于协调所述校准补偿系统中各设备工作时的数据采集、数据处理、数据烧写和数据测试；

软件子系统，其用于实现对所述校准补偿系统各子系统的控制。

在上述技术方案的基础上，

所述相控阵导引头前端包括相控阵天线和变频信道；

所述待测产品、定位子系统和标准喇叭天线均位于微波暗室中。

在上述技术方案的基础上，

所述矢量网络分析仪为标准通用仪器，且具备混频工作模式；

所述基准混频器与矢量网络分析仪相连，其用于提供矢量网络分析仪在混频工作模式下的相位测试基准；

所述中频合路器与矢量网络分析仪和相控阵导引头前端均相连，其用于将相控阵导引头前端的多通道信号合成为一路提供给矢量网络分析仪；

所述标准喇叭天线与矢量网络分析仪相连，其用于使矢量网络分析仪产生信号的空间辐射，为待测产品提供信号。

在上述技术方案的基础上，

所述三维扫描架用于根据控制子系统的控制指令对水平轴、垂直轴、滚转轴进行高精度扫描；

所述二轴转台用于根据控制子系统的控制指令对方位轴、滚转轴进行实时高精度扫描。

在上述技术方案的基础上，

所述定位子系统还包括扫描架工装和转台工装；

所述扫描架工装用于将标准喇叭天线架设于三维扫描架上；

所述转台工装用于将待测产品架设于二轴转台上。

在上述技术方案的基础上，所述软件子系统包括系统控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据烧写模块和测试验证模块，且所述系统控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据烧写模块和测试验证模块集成为一套软件包，安装于所述控制计算机上。

在上述技术方案的基础上，

所述系统控制模块用于测试中文件数据的管理，以及所述变频校准补偿系统各子系统的控制和协调；

所述数据采集模块用于相控阵导引头前端的远场原始数据采集；

所述数据处理模块用于对数据采集模块得到的原始数据进行处理，并对相控阵导引头前端相位校准与幅度进行加权处理，并生成烧写数据文件；

所述数据烧写模块用于将数据处理模块生成的烧写数据文件写入相控阵导引头前端；

所述测试验证模块用于完成相控阵导引头前端的方向图测试，验证校准补偿效果。

在上述技术方案的基础上，

所述控制计算机与相控阵导引头前端相连并通信，以实现对相控阵导引头前端加电断电、模式设置、参数设置、阵元选择和数据写入功能的控制；

所述控制计算机与矢量网络分析仪相连并通信，以实现对矢量网络分析仪参数设置、模式设置和数据读取功能的控制；

所述控制计算机还用于对相控阵导引头前端和矢量网络分析仪的接收/发射时序进行控制。

在上述技术方案的基础上，所述控制计算机与三维扫描架的控制柜和二轴转台的控制柜相连，以实现对二轴转台和三维扫描架的扫描控制。

在上述技术方案的基础上，还包括测试附件，所述测试附件包括电缆和连接器，其用于实现所述变频校准补偿系统中各子系统和待测产品间的连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过二轴转台滚转轴代替成本较高的俯仰轴，降低了系统成本，并提高了系统对大尺寸高重量导弹天线罩的适应性；通过利用矢量网络分析仪的变频工作模式，可同时满足对相控阵变频信道的校准需求；且具有完备的校准补偿功能，可实现相控阵导引头前端与导弹天线罩的校准补偿和测试验证。

附图说明

图1为本发明实施例中一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中软件子系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中三维扫描架位置控制示意图；

图4为本发明实施例中校准补偿模式的流程图；

图5为本发明实施例中验证测试模式的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，通过二轴转台滚转轴代替成本较高的俯仰轴，降低了系统成本，通过利用矢量网络分析仪的变频工作模式，可同时满足对相控阵变频信道的校准需求。

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。

参见图1所示，本发明实施例提供的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，包括待测产品、定位子系统、测量子系统、控制子系统、软件子系统和测试附件。

待测产品包括相控阵导引头前端和导弹天线罩，相控阵导引头前端包括相控阵天线和变频信道。测量子系统包括矢量网络分析仪、基准混频器、中频合路器和标准喇叭天线，且标准喇叭天线与相控阵导引头前端相对设置，测量子系统用于实现信号的产生、发射、采集和测量。

对于测量子系统中的各设备，矢量网络分析仪为标准通用仪器，且具备混频工作模式，矢量网络分析仪根据实际待测产品的工作频率选择不同规格；基准混频器与矢量网络分析仪相连，其用于提供矢量网络分析仪在混频工作模式下的相位测试基准，基准混频器根据实际相控阵导引头前端的射频选用不同规格；中频合路器与矢量网络分析仪和相控阵导引头前端均相连，其用于将相控阵导引头前端的多通道信号合成为一路提供给矢量网络分析仪，中频合路器根据实际相控阵导引头前端的中频与变频信道通道数选用不同规格；标准喇叭天线与矢量网络分析仪相连，其用于使矢量网络分析仪产生信号的空间辐射，为待测产品提供信号，标准喇叭天线根据实际相控阵导引头前端的工作频率选用不同规格。

定位子系统包括用于架设标准喇叭天线的三维扫描架，以及用于架设待测产品的二轴转台，定位子系统用于对待测产品和测量子系统的空间位置进行控制。三维扫描架用于根据控制子系统的控制指令对水平轴、垂直轴、滚转轴进行高精度扫描，测试前通过高精度光电对准设备实现标准喇叭天线相位中心与相控阵导引头前端零位对准。二轴转台用于根据控制子系统的控制指令对方位轴、滚转轴进行实时高精度扫描。定位子系统还包括扫描架工装和转台工装，扫描架工装用于将标准喇叭天线架设于三维扫描架上，转台工装用于将待测产品架设于二轴转台上。

控制子系统包括控制计算机和用于对所述相控阵导引头前端供电的大功率电源，控制子系统用于协调所述校准补偿系统中各设备工作时的数据采集、数据处理、数据烧写和数据测试。大功率电源根据实际相控阵导引头前端选择不同规格。

软件子系统用于实现对校准补偿系统各子系统的控制。具体的参见图2所示，软件子系统包括系统控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据烧写模块和测试验证模块，且所述系统控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据烧写模块和测试验证模块集成为一套软件包，安装于所述控制计算机上。系统控制模块用于测试中文件数据的管理，以及所述变频校准补偿系统各子系统的控制和协调；数据采集模块用于相控阵导引头前端的远场原始数据采集；数据处理模块用于对数据采集模块得到的原始数据进行处理，并对相控阵导引头前端相位校准与幅度进行加权处理，并生成烧写数据文件；数据烧写模块用于将数据处理模块生成的烧写数据文件写入相控阵导引头前端，最终实现相控阵导引头前端与导弹天线罩的匹配；测试验证模块用于完成相控阵导引头前端的方向图测试，验证校准补偿效果。

控制计算机通过通信及控制接口与系统各模块相连，实现对整个系统的主控。具体的，控制计算机与相控阵导引头前端相连并通信，以实现对相控阵导引头前端加电断电、模式设置、参数设置、阵元选择和数据写入功能的控制；控制计算机与矢量网络分析仪相连并通信，以实现对矢量网络分析仪参数设置、模式设置和数据读取功能的控制；控制计算机还用于对相控阵导引头前端和矢量网络分析仪的接收/发射时序进行控制。控制计算机与三维扫描架的控制柜和二轴转台的控制柜相连，以实现对二轴转台和三维扫描架的扫描控制。

软件子系统安装在控制计算机中，软件子系统中各模块用于校准补偿的不同功能，由系统控制模块调用各软件模块来实现。系统控制模块通过控制代理与矢量网络分析仪进行远程通信，对矢量网络分析仪进行控制及数据读取。系统控制模块通过控制代理与相控阵导引头前端主控软件进行控制通信，实现对相控阵导引头前端加电控制、模式控制、参数控制、阵元控制、波束控制、校准补偿数据烧写控制等功能。系统控制模块通过控制代理与三维扫描架控制柜、二轴转台控制通信柜，实现对三维扫描架、二轴转台的扫描控制。

测试附件包括电缆和连接器，测试附件用于实现所述变频校准补偿系统中各子系统和待测产品间的连接。

参见图1所示，本发明变频校准补偿系统中各设备间的具体连接方式如下。

对于信号链路部分，在矢量网络分析仪端，矢量网络分析仪的P2(信号输入)端口与相控阵导引头前端的IFOUT(中频信号输出)端口连接，P1(信号输出)端口与安装在三维扫描架的标准喇叭天线连接，P3(本振输出)端口与基准混频器的LO(本振输入)端口连接，ROUT(射频输出)端口与基准混频器的RF(射频)端口连接、RIN(参考输入)端口与基准混频器的IF(中频输出)端口连接、LAN(Local Area Network，局域网)接口与控制计算机的LAN口连接。

对于相控阵导引头前端，相控阵导引头前端的CLK(时钟序列输入端)接口通过三通接头分别与矢量网络分析仪CLK接口和控制计算机CLK接口连接，电源接口与大功率电源连接。

对于控制链路部分，在控制计算机端，控制计算机的串口1端口、串口2端口、通讯口分别与二轴转台控制柜、三维扫描架控制柜、相控阵导引头前端控制口连接。控制计算机的TTL(并行方式传输数据)接口与矢量网络分析仪的Trigger(触发)接口连接。

对于定位子系统部分，三维扫描架位置控制如图3所示。在完成相控阵天线阵面中心与标准喇叭天线相位中心对准后，此时二轴转台方位滚转角为(0°，0°)，标准喇叭中心位于O点，相控阵天线阵面中心位于B点，二者距离L。当相控阵前端待补偿方位俯仰角为(α°，β°)时，三维扫描架控制标准喇叭天线移动至A点，则扫描架在水平轴移动-Ltanα，在垂直轴移动Ltanβ/cosα。

当本发明的校准补偿系统工作在校准补偿模式时，在每个校准位置，射频信号由矢量网络分析仪的P1端口输出至标准喇叭天线辐射，相控阵导引头前端经控制计算机控制依次打开各天线阵元接收辐射信号，相控阵导引头前端输出中频信号经中频合路器输入矢量网络分析仪P2端口，矢量网络分析仪完成信号测量并通过LAN端口发送至控制计算机完成采集。在遍历所有校准位置后，控制计算机完成对采集到信号的相位校准与幅度加权处理，并基于上述结果生成烧写数据文件。最后控制计算机完成将烧写数据文件写入相控阵导引头前端从而完成整个校准补偿工作。

当本发明的校准补偿系统工作在验证测试模式时，控制计算机控制二轴转台按照设定路径移动。在每个待测位置，射频信号由矢量网络分析仪的P1端口输出至标准喇叭天线辐射，相控阵导引头前端经控制计算机控制全部天线阵元接收辐射信号，相控阵导引头前端输出中频信号经中频合路器输入矢量网络分析仪P2端口，矢量网络分析仪完成信号测量并通过LAN端口发送至控制计算机完成采集。控制计算机在采集完所有待测位置信号后完成对待测方向图的输出。

参见图4所示，校准补偿模式的具体流程为：

S1：系统安装。将待测产品安装于二轴转台上。转到S2。

S2：系统初始化。完成系统安装后，对矢量网络分析仪加电预热半小时,，通过控制计算机将二轴转台俯仰角和滚转角置零，利用光学对准设备调整标准喇叭天线位置将相控阵天线阵面中心与标准喇叭天线相位中心对准。转到S3。

S3：校准参数设置。根据需求，设置相控阵导引头前端的参数(包括频率、衰减、极化等)与矢量网络分析仪的参数(包括频率、功率)。转到S4。

S4：确定三维扫描架位置序列。依据需校准补偿的相控阵天线角度序列，与相控阵天线和标准喇叭天线的距离，解算出每个角度下三维扫描架的位置，将所有位置信息导入控制计算机。转到S5。

S5：启动采集任务。转到S6。

S6：控制计算机依据导入位置信息控制三维扫描架移动到指定位置。此过程由软件子系统的系统控制模块完成。转到S7。

S7：控制计算机控制相控阵导引头前端依次打开各阵元并完成此阵元的信号采集。此过程由软件子系统数据采集模块完成。转到S8

S8：判断是否遍历了所有阵元，若是，转到S9，若否，则切换阵元，然后转到S7。

S9：在完成当前位置数据采集后，判断是否遍历了所有位置，若是，则转到S10，若否，则切换位置，转到S6。

S10：启动数据处理任务。将所有数据导出生成原始数据表，通过数据处理模块对原始数据进行幅度加权、相位校准处理。处理完成后，生成补偿数据表。转到S11。

S11：启动数据烧写任务。将补偿数据表通过控制计算机写入相控阵导引头前端。此过程由软件子系统数据烧写模块完成。

其中，在完成当前位置数据采集后，判断是否遍历了所有位置，直至完成所有位置的数据采集。此过程由软件子系统数据采集模块完成。

参见图5所示，对验证测试模式的具体流程为：

A：在完成校准补偿后，保持系统物理连接不变。转到B。

B：在控制计算机输入需测试的相控阵天线方位俯仰角。转到C

C：控制计算机依据该角度解算出三维扫描架的位置与二轴转台的移动路径，进行三维扫描架的位置与二轴转台移动路劲的确定。

D：启动采集，扫描架到位。转到E。

E：转台移动至预定位置。转到F。

F：相控阵导引头前端进行全阵接收，控制计算机控制相控阵导引头前端为全阵接收状态，在移动路径的每一个采集点控制计算机控制矢量网络分析仪采集相控阵导引头前端输出。转到G。

G：判断是否遍历所有位置，若是，转到H，若否，则切换位置，然后转到步骤E。

H：进行数据处理，生成方向图，在遍历完路径后依据采集信号幅度生成方向图。

其中，控制计算机控制相控阵导引头前端为全阵接收状态，在移动路径的每一个采集点控制计算机控制矢量网络分析仪采集相控阵导引头前端输出，在遍历完路径后依据采集信号幅度生成方向图。此过程由软件子系统的测试验证模块完成。

本发明实施例的相控阵导引头前端变频校准补偿系统，通过二轴转台滚转轴代替成本较高的俯仰轴，降低了系统成本，并提高了系统对大尺寸高重量导弹天线罩的适应性；通过利用矢量网络分析仪的变频工作模式，可同时满足对相控阵变频信道的校准需求；且具有完备的校准补偿功能，可实现相控阵导引头前端与导弹天线罩的校准补偿和测试验证。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

Claims (10)

1.一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于，包括：

待测产品，其包括相控阵导引头前端和导弹天线罩；

测量子系统，其包括矢量网络分析仪、基准混频器、中频合路器和标准喇叭天线，且标准喇叭天线与相控阵导引头前端相对设置，所述测量子系统用于实现信号的产生、发射、采集和测量；

定位子系统，其包括用于架设标准喇叭天线的三维扫描架，以及用于架设待测产品的二轴转台，所述定位子系统用于对待测产品和测量子系统的空间位置进行控制；

控制子系统，其包括控制计算机和用于对所述相控阵导引头前端供电的大功率电源，所述控制子系统用于协调所述校准补偿系统中各设备工作时的数据采集、数据处理、数据烧写和数据测试；

软件子系统，其用于实现对所述校准补偿系统各子系统的控制。

2.如权利要求1所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：

所述相控阵导引头前端包括相控阵天线和变频信道；

所述待测产品、定位子系统和标准喇叭天线均位于微波暗室中。

3.如权利要求1所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：

所述矢量网络分析仪为标准通用仪器，且具备混频工作模式；

所述基准混频器与矢量网络分析仪相连，其用于提供矢量网络分析仪在混频工作模式下的相位测试基准；

所述中频合路器与矢量网络分析仪和相控阵导引头前端均相连，其用于将相控阵导引头前端的多通道信号合成为一路提供给矢量网络分析仪；

所述标准喇叭天线与矢量网络分析仪相连，其用于使矢量网络分析仪产生信号的空间辐射，为待测产品提供信号。

4.如权利要求1所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：

所述三维扫描架用于根据控制子系统的控制指令对水平轴、垂直轴、滚转轴进行高精度扫描；

所述二轴转台用于根据控制子系统的控制指令对方位轴、滚转轴进行实时高精度扫描。

5.如权利要求4所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：

所述定位子系统还包括扫描架工装和转台工装；

所述扫描架工装用于将标准喇叭天线架设于三维扫描架上；

所述转台工装用于将待测产品架设于二轴转台上。

6.如权利要求1所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：所述软件子系统包括系统控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据烧写模块和测试验证模块，且所述系统控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据烧写模块和测试验证模块集成为一套软件包，安装于所述控制计算机上。

7.如权利要求1所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：

所述系统控制模块用于测试中文件数据的管理，以及所述变频校准补偿系统各子系统的控制和协调；

所述数据采集模块用于相控阵导引头前端的远场原始数据采集；

所述数据处理模块用于对数据采集模块得到的原始数据进行处理，并对相控阵导引头前端相位校准与幅度进行加权处理，并生成烧写数据文件；

所述数据烧写模块用于将数据处理模块生成的烧写数据文件写入相控阵导引头前端；

所述测试验证模块用于完成相控阵导引头前端的方向图测试，验证校准补偿效果。

8.如权利要求7所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：

所述控制计算机与相控阵导引头前端相连并通信，以实现对相控阵导引头前端加电断电、模式设置、参数设置、阵元选择和数据写入功能的控制；

所述控制计算机与矢量网络分析仪相连并通信，以实现对矢量网络分析仪参数设置、模式设置和数据读取功能的控制；

所述控制计算机还用于对相控阵导引头前端和矢量网络分析仪的接收/发射时序进行控制。

9.如权利要求8所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：所述控制计算机与三维扫描架的控制柜和二轴转台的控制柜相连，以实现对二轴转台和三维扫描架的扫描控制。

10.如权利要求1所述的一种相控阵导引头前端变频校准补偿系统，其特征在于：还包括测试附件，所述测试附件包括电缆和连接器，其用于实现所述变频校准补偿系统中各子系统和待测产品间的连接。

Images