CN112986931B - 一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，属于一维有源相控阵雷达天线校准领域。通过雷达天线和测试天线同时旋转，使得干扰信号到达雷达天线阵面的路径不断改变，通过长时间积累，使得干扰信号具有多普勒频率，利用测试天线和雷达天线相对位置固定，经过长时间积累测试信号没有多普勒频率，利用多普勒原理滤除具有多普勒频移的干扰信号，解决了存在干扰信号下的接收通道校准。此方法可以有效解决干扰情况下的接收通道校准，因此对天线测试使用场地的需求不再严苛。

Description

一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法

技术领域

本发明涉及一维有源相控阵雷达天线校准领域，特别涉及接收通道校准领域，主要应用于不具备远场测试条件下，近场测试环境存在干扰的条件下，需要完成接收通道校准的雷达系统。

背景技术

有源相控阵雷达天线由若干单独的天线或者辐射单元组成的电控扫描阵列。它的方向图是由每一个天线单元上的电流的幅度和相位确定，并且通过计算机改变每一个天线单元上电流的相位来实现波束扫描，具有很大的灵活性。通常情况下，整个雷达制造完成后，需要对雷达天线进行远场校准测试，测出每个天线单元对应通道所需要的电流幅度、相位值修正值，以便验证技术指标是否达到要求。

目前，国内对相控阵雷达接收通道校准的相关文献包括：

1)刊载于《现代雷达》2009年10月第31卷第10期的“有源相控阵雷达多通道幅相校准研究”(左平著)，文中介绍了校准信号通过天线耦合线耦合到雷达各接收通道，再进行通道校准。该论文重点介绍利用实时得到的单通道数据，与希望权值进行比较，得到补偿量，通过控制幅相剩余均方差,，进行多次迭代，

实现校准目标。

2)刊载于《雷达与对抗》2009年第1期的“相控阵雷达接收通道校准方法仿真”

(林新党，石春燕著)，文中介绍了采用外场校准和内场校准相结合的方式进行通道校准的原理、方法的基础上，并进行了仿真，验证了该方法可以明显改善第一副瓣水平，减小幅相误差对系统性能的影响。

上述接收通道校准方法通过设计增加耦合线、内外场结合方式来完成天线校准测试，属于理论仿真测试，并未考虑实际测试过程中，存在着诸多条件限制及问题：

1.天线远场测试场地要求，远场最小测试距离为R≥2D²/λ，其中D为天线口径，λ为波长。例如对于口径5米S波段相控阵天线，远场最小测试距离在500米，并且在通视范围内要避免来自地面、周围物体等的反射波；即使厂家有满足条件的测试场地，当产品交付用户后，很少有用户具有以上条件的测试场地，当产品使用1年以上，或者更换过接收组件，为保证产品精度则需要再次完成天线校准工作，因此，上述文献测试方法仅能满足产品出厂前的测试工作，而交付后的测试工作则变得十分困难。

2.当存在干扰信号时，上述文献的测试方法并不能解决。例如，文献一中的天线耦合线同时收到了校准信号和干扰信号，这样得到的单通道数据是不能作为通道校准基准的，由于干扰信号的不确定性，因此通道校准的基准不稳定；文献二中，采用了内校准方法与外校准结合的方式，而内校准需要在原来天线构架基础上增加一套内部校准网络，通过直接耦合的方式将校准信号送入待测天线中，而采用内部校准网络就需要解决通道之间的相互影响问题，文献仅进行了仿真验证算法并未考虑通道之间相互干扰的实际问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免测试方法在存在干扰情况下对测试场地的要求苛刻的不足之处，本发明提出了一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法。

技术方案

一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：频率综合器提供点频连续波经过一分二功分器形成两路信号，一路通过辅助测试天线向雷达阵面辐射，另一路作为T/R组件接收本振信号；

步骤2：将辅助测试天线固定安装在雷达天线阵面前方，与雷达天线以固定速度匀速旋转，二者位置保持固定不变；

步骤3：雷达所有T/R组件处于接收状态，接收来自雷达天线阵面收到的辅助测试天线信号，T/R组件经过低噪放、混频、滤波、放大将中频信号送至信号处理机，信号处理机经过AD采样、脉压、FFT将各组件的幅度、相位发送至雷达终端；

步骤4：雷达终端对各组件幅度相位数据进行波列间的相参积累，将积累后的结果再进行FFT处理选择零频通道的数据，作为该通道的初始幅度、相位。

本发明技术方案更进一步的说：步骤2中固定速度为30°/s～40°/s。

本发明技术方案更进一步的说：步骤1中的一分二功分器为波导功分器。

本发明技术方案更进一步的说：步骤1中的辅助测试天线为喇叭天线。

本发明技术方案更进一步的说：步骤2中的雷达天线为相控阵天线。

有益效果

本发明提出的一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，通过雷达天线和测试天线同时旋转，使得干扰信号到达雷达天线阵面的路径不断改变，通过长时间积累，使得干扰信号具有多普勒频率，利用测试天线和雷达天线相对位置固定，经过长时间积累测试信号没有多普勒频率，利用多普勒原理滤除具有多普勒频移的干扰信号，解决了存在干扰信号下的接收通道校准。此方法可以有效解决干扰情况下的接收通道校准，因此对天线测试使用场地的需求不再严苛。

附图说明

图1校准天线与雷达天线位置关系示意图

图2接收通道校准流程图

图3通道校准时序图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

如下图1所示，校准天线安装在固定支架上并安装在雷达天线框架上，与雷达天线相对位置保持固定，伺服转台以固定角速度转动，雷达天线和校准天线同时开始旋转时，校准天线辐射的测试信号始终以固定波程直达雷达天线，而干扰信号到达雷达天线的波程会发生变化。

因此，将雷达天线接收到的信号进行波列间积累，将积累结果进行FFT处理，利用多普勒原理，干扰信号由于波程变化，会产生多普勒频率，而FFT处理结果中的零频通道数据便是所需要的测试直达信号。测试流程如下图2所示。

本发明的方案：

1.频率综合器提供点频连续波经过一分二功分器形成两路信号，一路通过辅助测试天线向雷达阵面辐射，另一路作为T/R组件接收本振信号。

2.将辅助测试天线按图1所示，固定安装在雷达天线阵面前方，使得两者位置不变，同时伺服驱动雷达天线以固定速度匀速旋转，辅助天线会以同样速度随动。

3.雷达所有T/R组件处于接收状态，接收处理来自雷达天线阵面收到的辅助测试天线信号，T/R组件经过低噪放、混频、滤波、放大将中频信号送至信号处理机，信号处理机经过AD采样、脉压、FFT将各组件的幅度、相位发送至雷达终端。此时雷达终端记录各通道的实时幅度、相位数据，并保存。

4.雷达终端对各组件幅度相位数据进行波列间的相参积累，将积累后的结果再进行FFT处理选择零频通道数据，即作为该通道的初始幅度、相位。

如图3所示，在通道校准过程中，信号处理机是对每一个波列中第3个采样波门对应的信号进行处理，作为通道的幅度相位数据，将此数据进行存储，对长时间内每个波列的第3个采样数据进行相参积累，解算出积累后的幅度相位。

实施例1：

将辅助测试天线安装在天线正面底部(阵面法线平行)，伸出阵面，并保证辅助天线与天线阵面相对位置保持固定不变，如图1所示。

由频率综合器提供测试信号，经过一分二功分器，一路信号进入测试天线，一路信号进入收发组件。

雷达处于接收状态，通过终端观测各接收通道的幅相值，幅相值保持稳定后，控制雷达天线以固定角速度(36°/s)进行旋转，同时终端开始记录各通道幅相值，记录10分钟。

对记录的各通道幅相值进行10*60/0.155≈3870点FFT，选择零频的数据，对幅度数据减去3870点FFT带来的增益得到各个通道的幅度信息，相位信息不用处理。

经过上述方式处理后的幅度相位即为各通道的初始幅度相位，选择任意一个通道作为基准，其余通道的幅度相位与基准通道的幅度相位差值，即为各通道的接收校准值。

Claims (5)

1.一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：频率综合器提供点频连续波经过一分二功分器形成两路信号，一路通过辅助测试天线向雷达天线阵面辐射，另一路作为T/R组件接收本振信号；

步骤2：将辅助测试天线固定安装在雷达天线阵面前方，与雷达天线以固定速度匀速旋转，二者位置保持固定不变；

步骤3：雷达所有T/R组件处于接收状态，接收来自雷达天线阵面收到的辅助测试天线信号，T/R组件经过低噪放、混频、滤波、放大将中频信号送至信号处理机，信号处理机经过AD采样、脉压、FFT将各组件的幅度、相位发送至雷达终端；

步骤4：雷达终端对各组件幅度相位数据进行波列间的相参积累，将积累后的结果再进行FFT处理选择零频通道的数据，作为该通道的初始幅度、相位。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，其特征在于步骤2中固定速度为30°/s~40°/s。

3.根据权利要求1所述的一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，其特征在于步骤1中的一分二功分器为波导功分器。

4.根据权利要求1所述的一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，其特征在于步骤1中的辅助测试天线为喇叭天线。

5.根据权利要求1所述的一种基于脉间积累的相控阵雷达接收通道校准测试方法，其特征在于步骤2中的雷达天线为相控阵天线。