CN113608184A - 一种相控阵天线发射自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种相控阵天线发射自检方法，包含步骤：S1、搭建自检测试环境；S2、计算噪声基底；S3、计算单TR通道发射状态判决门限；S4、选择未自检过的一路TR通道使能发射；S5、通过所述相控阵天线的保护通道接收信号，计算接收信号功率；S6、判定当前TR通道发射状态；S7、判断是否完成全部TR通道的发射自检，若否则转至步骤S4，若是则结束。本发明可实现主要依靠雷达系统自身即可快速判断各TR通道的发射状态，而且测试结果精确、易于操作、受环境影响较小，适用范围更广。

Description

一种相控阵天线发射自检方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种相控阵天线发射自检方法。

背景技术

近年来，相控阵雷达成为现代雷达的重要发展方向，其与阵列信号处理及天线技术相结合，可充分发挥雷达系统的性能优势，并可进一步发掘探测潜力。另外，相控阵雷达的天线结构尤为适合构建多通道系统，因此可作为多种先进的阵列信号处理技术的应用平台。

相控阵雷达采用收发前端分布式布局，通过天线上的多组TR(发射/接收)组件发射、接收微波信号。TR组件是相控阵天线的重要组成部分，TR组件各通道是否正常工作直接影响雷达探测距离等关键性能指标，所以相控阵天线在长期使用后需要对TR组件各通道进行检查维护。由于TR组件已与辐射单元连接装配完毕，TR组件的输入输出端口信号已无法通过简单的射频传输方式送入或送出，不便于性能指标检测。即便辐射单元可拆卸，但由于射频性能检测需要人工连接数量众多的射频接口，且由于人工操作辐射单元重新装配可能造成幅相校准数据偏差，又进一步增加了原本就耗时耗力的天线配相工作量，工时长，效益低，可操作性差。目前，关于相控阵天线发射自检方法的研究仍然较少，现有技术中通常以TR组件的工作电流作为判断依据，但采用此方法TR组件的许多性能指标无法体现，导致检测结果不准确，且需要借助外部测试设备逐个通道连接测试，操作繁琐，耗时长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相控阵天线发射自检方法，利用天线自身的保护通道依次接收各TR通道辐射的微波信号进行判断，可以实现主要依靠雷达系统自身即可快速判断各TR通道的发射状态，而且测试结果精确，易于操作，受环境影响较小，适用范围更广。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种相控阵天线发射自检方法，包含步骤：

S1、搭建自检测试环境；

S2、计算噪声基底；

S3、计算单TR通道发射状态判决门限；

S4、选择未自检过的一路TR通道使能发射；

S5、通过所述相控阵天线的保护通道接收信号，计算接收信号功率；

S6、判定当前TR通道发射状态；

S7、判断是否完成全部TR通道的发射自检，

若否，则转至步骤S4；

若是，则结束。

进一步，步骤S1包含：

S11、选择可进行微波信号收发的暗室作为测试室；

S12、在所述测试室内设置天线基座，将所述相控阵天线固定于天线基座上，天线阵面的前方无遮挡；

S13、将所述相控阵天线与信息收发处理组件电连接，所述信息收发处理组件分别与雷达信号接收机、雷达信号处理器和常规检测仪器电连接，组成完整的雷达检测系统；其中，所述相控阵天线用于发射、接收信号，所述信息收发处理组件用于控制所述相控阵天线的发射、接收状态，所述雷达信号接收机用于将接收到的雷达信号进行自动增益控制处理，所述雷达信号处理器用于对经过所述雷达信号接收机处理后的信号进行进一步处理和计算，所述常规检测仪器用于监测所述相控阵天线是否处于正常工作状态。

进一步，步骤S2包含：

S21、所述雷达检测系统开机；

S22、将所述相控阵天线的全部TR通道发射禁止；

S23、通过所述相控阵天线的保护通道接收噪声信号；

S24、所述雷达信号处理器选取当前帧噪声信号，基于所述雷达信号接收机的自动增益控制电压―增益曲线，由当前帧噪声信号的自动增益控制电压值V_AGC1，得到对应的增益值G₁；

S25、所述雷达信号处理器基于当前帧噪声信号的实部a₁和虚部b₁，计算当前帧噪声信号回波幅度Amp₁，计算公式为：

S26、所述雷达信号处理器计算接收的噪声信号功率P_z，计算公式为：

P_z＝10*log(Amp₁)-G₁；

S27、重复n次步骤S24～S26，计算连续n帧噪声信号的功率P_z1、P_z2...P_zn，再求取所述连续n帧噪声信号的功率的均值，得到噪声基底P₀，计算公式为：

进一步，步骤S3中所述单TR通道发射状态判决门限计算公式为：

其中，δ为单TR通道发射状态判决门限；f为门限调整率，默认值为1；P_t为单TR通道的额定发射功率；A_e为保护天线的有效口径；R为保护通道与单TR通道最远的距离；ε为裕度设计，默认值为10dBm。进一步，步骤S4的方法为：

从所述相控阵天线的全部TR通道中选择一路未自检过的TR通道，使能发射控制信号，使所述TR通道发射信号；其他TR通道处于发射禁止状态，使所述相控阵天线处于单TR通道发射状态。

进一步，步骤S5包含：

S51、通过所述相控阵天线的保护通道接收信号；

S52、所述雷达信号处理器选取当前帧接收信号，基于所述雷达信号接收机的自动增益控制电压-增益曲线，由接收信号的自动增益控制电压值V_AGcr，得到对应的增益值G_r；

S53、所述雷达信号处理器基于接收信号的实部a_r和虚部b_r，计算接收信号回波幅度Amp_r，计算公式为：

S54、所述雷达信号处理器计算当前帧接收信号功率P_r，计算公式为：

P_r＝10*log(Amp_r)-G_r。

进一步，步骤S6包含：

S61、由所述雷达信号处理器计算接收的信号功率与所述噪声基底的差值ΔP，计算公式为：

ΔP＝P_r-P₀：

S62、由所述雷达信号处理器将所述差值ΔP与所述单TR通道发射状态判决门限δ进行比较，

若ΔP＞δ，则判定当前TR通道发射状态正常；

若ΔP≤δ，则判定当前TR通道发射状态异常。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种相控阵天线发射自检方法，具有如下有益效果：

1、本发明利用天线自身的保护通道对各TR通道进行检测，发射自检全过程主要依靠雷达系统自身即可完成，对外部测试设备需求少，操作简单方便，实用性好；

2、本发明的处理过程复杂度低，整体计算量小，节约信息处理器资源，易于实现；

3、本发明能够快速判断各TR通道的发射状态，实时性强，节约人力物力，有经济价值；

4、本发明采取通过雷达AGC电压(自动增益控制电压)和雷达数字信号回波幅度判断TR组件工作状态，数据变化灵敏，结果更为精确；

5、本发明使用噪声基底作为参照，受环境影响较小，适用范围更广。

附图说明

图1为本发明中的相控阵天线发射自检方法流程图；

图2为本发明中的相控阵天线发射自检系统结构示意图；

图3为本发明中的单TR通道发射回波信号示意图；

图4为本发明中的雷达信号接收机自动增益控制电压一增益曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的相控阵天线发射自检方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，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明确列出的要素，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。

结合附图1～4所示，本实施例提供一种相控阵天线发射自检方法，其工作原理为：

将所述相控阵天线2的全部TR通道发射禁止，使能单独一路TR通道发射信号，利用相控阵天线2的保护通道(无源通道)接收信号，通过雷达AGC(自动增益控制)电压、雷达数字信号回波幅度获取单TR通道在保护通道的辐射功率，若TR通道的发射未成功打开，则保护通道接收到的为能量较小的噪声信号；若TR通道的发射成功打开，则保护通道收到的信号除能量较小的噪声信号外，还能收到能量较强的TR通道辐射出来的信号，从而实时判断出当前TR通道的工作状态，如此依次自检各个TR通道直到完成全部检测。

参照附图1所示，具体的检测流程为：

1、搭建自检测试环境

(1)参照附图2所示，在可进行微波信号收发的暗室1中，将相控阵天线2固定于天线基座3上，天线阵面的前方无遮挡，防止地面回波过强造成天线损伤。

(2)将所述相控阵天线2与信息收发处理组件4电连接，所述信息收发处理组件4分别与雷达信号接收机5、雷达信号处理器6和常规检测仪器7电连接，组成完整的雷达检测系统；其中，所述相控阵天线2用于发射、接收信号，所述信息收发处理组件4用于控制所述相控阵天线的发射、接收状态，所述雷达信号接收机5用于将接收到的雷达信号进行自动增益控制处理，所述雷达信号处理器6用于对经过所述雷达信号接收机处理后的信号进行进一步处理和计算，所述常规检测仪器7用于监测所述相控阵天线是否处于正常工作状态。

2、计算噪声基底

(1)将所述雷达检测系统开机；

(2)将全部TR通道发射禁止，利用保护通道接收噪声信号，参照附图3所示；

(3)所述雷达信号处理器6选取当前帧噪声信号，由当前帧噪声信号的自动增益控制电压值V_AGC1＝3V，参照附图4所示，基于所述雷达信号接收机5的自动增益控制电压-增益曲线，得到对应的增益值G_l＝50dB；

(4)所述雷达信号处理器6由当前帧噪声信号的实部a_l＝1307和虚部b₁＝2132，基于计算公式

计算得到当前帧噪声信号回波幅度Amp1＝2500；

(5)所述雷达信号处理器6基于计算公式P_z＝10*log(Amp₁)-G₁，计算接收的噪声信号功率P_z1为：

P_z1＝10×lg(2500)-50＝-16dBm；

(6)依步骤(3)～(5)的方法，计算连续前10帧的噪声信号功率分别为：P_zk＝-16，-16.4，-16.3，-16.4，-16.2，-16.5，-16.4，-16.6，-16.5，-16.2dBm(k＝1，...，10)；

(7)所述雷达信号处理器6对上述连续前10帧的噪声信号功率求取均值，计算得到噪声基底P₀：

3、计算单TR通道发射状态判决门限

所述单TR通道发射状态判决门限用于作为判断该TR通道发射状态是否正常的门限值，其计算公式为：

其中，δ为单TR通道发射状态判决门限；f为门限调整率，默认值为1，本实施例中设置f＝1；P_t为单TR通道的额定发射功率，本实施例中P_t＝17dBm；A_e为保护天线的有效口径，本实施例中Ae＝1m²；R为保护通道与单TR通道最远的距离，本实施例中R＝0；ε为裕度设计，默认值为10dBm，本实施例中设置ε＝3dBm；

所述雷达信号处理器6基于以上参数值，计算得到单TR通道发射状态判决门限为：

4、选择未检的一路TR通道使能发射

(1)从所述相控阵天线2的全部TR通道中选择一路未自检过的TR通道，使能发射控制信号，使所述TR通道发射信号；

(2)同时，其他TR通道发射禁止，使所述相控阵天线处于单TR通道发射状态。

5、计算接收的信号功率

(1)通过保护通道接收该TR通道辐射的微波信号和噪声信号，参照附图3所示；

(2)所述雷达信号处理器选取当前帧接收信号，检测接收信号得到，雷达信号接收机AGC电压V_AGcr为1V，参照附图4所示，由雷达信号接收机的自动增益控制电压-增益曲线，可得对应的增益为G_r＝40dB；

(3)所述雷达信号处理器基于接收信号的实部a_r和虚部b_r，计算接收信号回波幅度Amp_r，计算公式为：

本实施例中，接收信号的实部a_r＝854、虚部b_r＝519，计算得到Amp_r＝1000；

(4)所述雷达信号处理器计算当前帧接收信号功率P_r，计算公式为：

P_r＝10*log(Amp_r)-G_r；

由各参数可得到：

P_r＝10×lg(1000)-43＝-13dBm。

6、判定当前TR通道发射状态

(1)计算接收的信号功率与所述噪声基底的差值ΔP，计算公式为：

ΔP＝P_r-P₀；

将本实施例的参数P_r＝10dBm、P₀＝-16.3dBm代入，得到：

ΔP＝P_r-P₀＝-13+16.3＝3.3dBm；

(2)将差值ΔP与单TR通道发射状态判决门限δ进行比较，

若ΔP＞δ，则判定当前TR通道发射状态正常；

若ΔP≤δ，则判定当前TR通道发射状态异常；

将本实施例的参数ΔP＝3.3dBm、δ＝2.4dBm代入，得到：

ΔP＞δ，

判断当前TR通道发射状态正常，无故障。

7、完成全部TR通道发射自检

(1)判断是否已完成全部TR通道的发射自检；

(2)如果尚未完成，则重复步骤4～步骤7；

如果已完成全部TR通道自检，则结束发射自检；

假设本实施例中相控阵天线共1024个TR通道，则进行1024个自检循环，待依次完成第1～1024个TR通道发射自检后，退出自检。

综上所述，本发明提供的一种相控阵天线发射自检方法，通过利用天线自身的保护通道对各TR通道进行检测，发射自检全过程主要依靠雷达系统自身即可完成，对外部测试设备需求少，操作简单方便，实用性好；仅通过对各TR通道发射信号功率的判定即可完成自检，处理过程复杂度低，整体计算量小，节约信息处理器资源，易于实现；通过各TR通道逐一使能发射，能够快速判断各TR通道的发射状态，实时性强，节约人力物力，有经济价值；通过雷达AGC电压(自动增益控制电压)和雷达数字信号回波幅度判断TR组件工作状态，数据变化灵敏，结果更为精确；通过使用噪声基底作为参照，受环境影响较小，适用范围更广。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种相控阵天线发射自检方法，其特征在于，包含步骤：

S1、搭建自检测试环境；

S2、计算噪声基底；

S3、计算单TR通道发射状态判决门限；

S4、选择未自检过的一路TR通道使能发射；

S5、通过所述相控阵天线的保护通道接收信号，计算接收信号功率；

S6、判定当前TR通道发射状态；

S7、判断是否完成全部TR通道的发射自检，

若否，则转至步骤S4；

若是，则结束。

2.如权利要求1所述的相控阵天线发射自检方法，其特征在于，步骤S1包含：

S11、选择可进行微波信号收发的暗室作为测试室；

S12、在所述测试室内设置天线基座，将所述相控阵天线固定于天线基座上，天线阵面的前方无遮挡；

S13、将所述相控阵天线与信息收发处理组件电连接，所述信息收发处理组件分别与雷达信号接收机、雷达信号处理器和常规检测仪器电连接，组成完整的雷达检测系统；其中，所述相控阵天线用于发射、接收信号，所述信息收发处理组件用于控制所述相控阵天线的发射、接收状态，所述雷达信号接收机用于将接收到的雷达信号进行自动增益控制处理，所述雷达信号处理器用于对经过所述雷达信号接收机处理后的信号进行进一步处理和计算，所述常规检测仪器用于监测所述相控阵天线是否处于正常工作状态。

3.如权利要求1所述的相控阵天线发射自检方法，其特征在于，步骤S2包含：

S21、所述雷达检测系统开机；

S22、将所述相控阵天线的全部TR通道发射禁止；

S23、通过所述相控阵天线的保护通道接收噪声信号；

S24、所述雷达信号处理器选取当前帧噪声信号，基于所述雷达信号接收机的自动增益控制电压―增益曲线，由当前帧噪声信号的自动增益控制电压值V_AGC1，得到对应的增益值G₁；

S25、所述雷达信号处理器基于当前帧噪声信号的实部a₁和虚部b₁，计算当前帧噪声信号回波幅度Amp₁，计算公式为：

S26、所述雷达信号处理器计算接收的噪声信号功率P_z，计算公式为：

P_z＝10*log(Amp₁)-G₁；

S27、重复n次步骤S24～S26，计算连续n帧噪声信号的功率P_z1、P_z2···P_zn，再求取所述连续n帧噪声信号的功率的均值，得到噪声基底P₀，计算公式为：

4.如权利要求1所述的相控阵天线发射自检方法，其特征在于，步骤S3中所述单TR通道发射状态判决门限计算公式为：

其中，δ为单TR通道发射状态判决门限；f为门限调整率，默认值为1；P_t为单TR通道的额定发射功率；A_e为保护天线的有效口径；R为保护通道与单TR通道最远的距离；ε为裕度设计，默认值为10dBm。

5.如权利要求1所述的相控阵天线发射自检方法，其特征在于，步骤S4的方法为：

从所述相控阵天线的全部TR通道中选择一路未自检过的TR通道，使能发射控制信号，使所述TR通道发射信号；其他TR通道处于发射禁止状态，使所述相控阵天线处于单TR通道发射状态。

6.如权利要求1所述的相控阵天线发射自检方法，其特征在于，步骤S5包含：

S51、通过所述相控阵天线的保护通道接收信号；

S52、所述雷达信号处理器选取当前帧接收信号，基于所述雷达信号接收机的自动增益控制电压―增益曲线，由接收信号的自动增益控制电压值V_AGCr，得到对应的增益值G_r；

S53、所述雷达信号处理器基于接收信号的实部a_r和虚部b_r，计算接收信号回波幅度Amp_r，计算公式为：

S54、所述雷达信号处理器计算当前帧接收信号功率P_r，计算公式为：

P_r＝10*log(Amp_r)-G_r。

7.如权利要求1所述的相控阵天线发射自检方法，其特征在于，步骤S6包含：

S61、由所述雷达信号处理器计算接收的信号功率与所述噪声基底的差值ΔP，计算公式为：

ΔP＝P_r-P₀；

S62、由所述雷达信号处理器将所述差值ΔP与所述单TR通道发射状态判决门限δ进行比较，

若ΔP>δ，则判定当前TR通道发射状态正常；

若ΔP≤δ，则判定当前TR通道发射状态异常。

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