CN115542065A - 外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法及系统，所述方法为：先通过三维仿真软件将复杂的三维外形模型划分成若干个三角区域，再计算得到某一个三角区域测试点天线的位置、俯仰角和方位角，同时计算出从当前测试点到下一个测试点天线所要改变的位置、俯仰角和方位角。按照以上计算结果，自动调整天线的位置、俯仰角和方位角。在确认试验条件和场地安全后可开始进行辐射试验，可自动选取和切换不同频段的天线并可调整极化方式，完成当前测试点的辐射敏感度测试。然后再移动到下个测试点，对下个三角区域进行辐射敏感度测试，以此类推完成被测物体的全尺寸辐射实验。本发明可提高大型被测装备的测试准确度和测试效率。

Description

外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法及系统
技术领域
本发明涉及辐射敏感度测试技术领域，具体而言，涉及一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法及系统。
背景技术
现有的辐射敏感度测试方法针对的是在规则平面上根据电磁兼容或电磁环境测试标准选取测试点进行测试，但是在我们实际测试中，一些大型被测物是存在不规则曲面，例如：飞机、舰船等。这种情况我们如果还是直接按平面来选取测试点，就会在测试角度和测试距离上存在较大的测试误差。另外对于大型的被测物现有的试验方法是将其放置在大型暗室中，测试设备放置手推车或安装在固定导轨上，然后通过人工的方式调整天线的位置，高度、极化方式、俯仰角度以及更换不同频段的辐射天线进行辐射敏感度试验，下一个测试点的位置也是通过人工的方式进行调整。对于飞机、大型装备的测试，在微波暗室内按照规则平面并由工作人员手动移动和更换辐射天线的试验方法存在以下几点问题：
1、大型装备（如飞机、导弹、舰船）适用于外场测试，不方便移动到暗室内进行试验；
2、由于被测系统体积大，难以保证对被测系统进行不同角度、不同高度的辐射敏感度测量；被测试装备若有曲面，如果按平面来选取测试点存在测试角度和测试距离的误差；
3、工作人员手动移动和更换辐射天线进行测试，测试效率低，操作体验差。
发明内容
本发明旨在提供一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法及系统，以解决上述在微波暗室内按照规则平面并由工作人员手动移动和更换辐射天线的试验方法存在的问题。
本发明提供的一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法，包括如下步骤：
S1，将被测物体的三维外形模型导入三维仿真软件中，通过三维仿真软件将被测物体的三维外形模型分解成若干个三角区域；
S2，以三角区域的外心为测试点，计算某个测试点需要的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角，以及从当前测试点到下一个测试点需要改变的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角；
S3，将辐射天线置于移动测试系统上并移动至被测物体边上，按照步骤S2的计算结果，通过上位机控制移动测试系统调整辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角；
S4，当辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角调整完成后，通过上位机设定测试参数并通过辐射系统控制辐射天线辐射信号；
S5，通过被测物体旁的场强监测仪实时监测场强值，通过上位机不断调整辐射系统控制辐射天线的辐射信号幅度，直到场强值达到辐射敏感度测试所需的场强值，完成当前测试点辐射敏感度测试；
S6，再根据步骤S2的计算结果，通过上位机控制移动测试系统调整辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角，对下一个测试点按照步骤S4~S5的过程完成辐射敏感度测试；
S7，重复步骤S6，直到完成所有测试点的辐射敏感度测试。
进一步的，步骤S2中计算某个测试点需要的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角的方法包括：
S21，某个三角区域的三个顶点分别为A1、B1和C1，根据三角形的外心性质确定该三角区域的外心坐标O1(xo1,y o1,z o1)；
S22，根据三角区域的三边所构成的向量求得三角区域所在平面的法向向量
Figure 45465DEST_PATH_IMAGE001
，根 据法向向量
Figure 209731DEST_PATH_IMAGE001
和三角区域的外心坐标O1(xo1,y o1,z o1)以及测试距离R，计算得到辐射天线 的测试位置的坐标D1(xD1,yD1,zD1)；
S23，以辐射天线的测试位置D1为球心，根据
Figure 982514DEST_PATH_IMAGE002
向量和测试距离R，以及笛卡尔坐 标系与球坐标系变换，求得对应的俯仰角θ和方位角φ。
进一步的，步骤S3包括：
S31，所述移动测试系统包括可移动升降平台自动、自动天线架和测距仪；根据当前测试点对应的辐射天线的测试位置，通过上位机调整可移动升降平台，并控制自动天线架将辐射天线调整到D1(xD1,yD1,zD1)；同时通过测距仪实时监测辐射天线距离被测物体表面的测试距离
S32，再根据当前测试点对应的辐射天线的俯仰角和方位角，通过上位机调整辐射天线的俯仰角和方位角。
进一步的，步骤S4包括：
S41，通过上位机设定测试参数；
S42，根据上位机设定的测试参数控制信号产生器产生低电平信号；
S43，将信号产生器产生的低电平信号通过射频开关单元切换输出到不同频段的功率放大器；同时功率放大器的正向输出功率和反向反射功率通过射频开关单元切换到功率计的两个探头进行实时监测；
S44，功率放大器将信号产生器产生的低电平信号放大，向辐射天线输出高功率信号；
S45，辐射天线将高功率信号作为辐射信号向空间辐射。
在一些可选方案中，步骤S4中，上位机设定的测试参数包括辐射天线辐射信号的工作频段、频率间隔、频率步进方式以及每个频段中辐射天线的极化方式。
进一步的，根据不同频段和辐射天线极化方式，步骤S5包括：
S51，当前频段辐射天线完成垂直极化或水平极化的辐射敏感度测试后，通过自动天线架自动切换到另一种极化方式，完成另一种极化方式的辐射敏感度测试；
S52，完成当前频段的垂直极化和水平极化的辐射敏感度测试后，自动切换到下一个频段，完成下一个频段的辐射敏感度测试；
S53，重复步骤S51~S52，直到完成当前测试点所有频段的辐射敏感度测试。
本发明还提供一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统，包括：
上位机；
与上位机通过系统总线连接的移动测试系统、辐射系统和场强监测仪；
以及搭载在移动测试系统上，并与辐射系统连接的辐射天线。
在一些可选方案中，所述移动测试系统包括：
可移动升降平台；
设置在可移动升降平台自动上的自动天线架；
设置在自动天线架上的测距仪；
所述可移动升降平台、自动天线架和测距仪均通过系统总线与上位机连接。
在一些可选方案中，所述辐射系统设置在可移动升降平台上，包括：
与上位机通过系统总线连接的信号产生器；
与信号产生器连接的射频开关单元；
与射频开关单元连接的功率放大器和功率计；
所述功率放大器与辐射天线连接；
所述辐射系统设置在屏蔽结构中。
在一些可选方案中，所述上位机包括：
连接系统总线的控制计算机；
与控制计算机连接的数据传输设备；
以及与数据传输设备连接的远程控制终端。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明对被测物体表面是曲面的情况进行了软件计算选点，可获得合适的俯仰及倾斜辐射敏感度测试角度，可提高大型被测装备，特别是外形含曲面结构装备的测试准确度；
2、本发明可实现多天线的多自由度的辐射敏感度测试：可以方便快捷的对整个测试系统进行移动测试，可对多个频段的辐射天线进行自由切换，并且可以自动切换天线的极化方式、俯仰角以及方位角，提高辐射敏感度测试效率；
3、本发明可调整测试系统的辐射天线高度，高度信息由辐射天线的测试位置的坐标D1(xD1,yD1,zD1)中的zD1提供，可对大型被测系统进行不同角度、不同高度的辐射敏感度测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统的示意图一。
图2为本发明实施例的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统的示意图二。
图3为本发明实施例的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法的流程图。
图4为本发明实施例的三角区域划分示意图。
图5为本发明实施例的根据三角区域测试点确定辐射天线的测试位置坐标示意图。
图6为本发明实施例的确定辐射天线的俯仰角和方位角的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例的实现原理为：
在对大型的被测物测试前，先通过三维仿真软件将复杂的三维外形模型划分成若干个三角区域，然后通过计算得到某一个三角区域测试点天线的位置、俯仰角和方位角等参数，同时仿真计算出从当前测试点到下一个测试点天线所要改变的位置、俯仰角和方位角。按照以上计算结果，自动调整天线的位置、俯仰角和方位角。在确认试验条件和场地安全后可开始进行辐射试验，可根据实验需求自动选取和切换不同频段的天线并可调整极化方式，完成当前测试点的所有频点及极化方式的辐射敏感度测试。然后再将测试系统和辐射测试天线移动到下个测试点，对下个三角区域进行辐射敏感度测试，以此类推完成被测物体的全尺寸辐射实验。
由此，本实施例实现了一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统，如图1、图2所示，所述测试系统包括：
上位机；
与上位机通过系统总线连接的移动测试系统、辐射系统和场强监测仪；
以及搭载在移动测试系统上，并与辐射系统连接的辐射天线。
作为一些可选方案：
(1)上位机
所述上位机包括：
连接系统总线的控制计算机；所述控制计算机用于本地通过系统总线实现对移动测试系统、辐射系统和场强监测仪的控制和数据获取；所述控制计算机具有显示装置，以实现可视化界面的操作和显示。
与控制计算机连接的数据传输设备；所述数据传输设备用于对控制计算机获取的数据传输至远程控制终端，以及控制计算机与远程控制终端之间的信号传输；
以及与数据传输设备连接的远程控制终端；所述远程控制终端用于实现对测试系统的远程控制，其功能可以配置为与控制计算机一致。
(2)移动测试系统
所述移动测试系统包括：
可移动升降平台；所述可移动升降平台用于承载测试系统所有设备，可移动升降平台可进行全向移动，可以任何角度到达试验场地内的任何位置。可移动升降平台既能通过自身携带的电池进行移动行走，也可在电池出现异常无法使用时，通过外部供电进行移动行走。整个可移动升降平台可进行升降操作，调整辐射天线到达需要的测试高度，在行走过程中如遇到地面有线缆或者其他障碍物且无法避开的时候，可通过可移动升降平台的支腿将车轮抬离地面进行复杂测试工况下的跨越线缆操作。
设置在可移动升降平台自动上的自动天线架；所述自动天线架可同时放置多段辐射天线，可对多段辐射天线进行俯仰角和方位角调节，并可单独对每段辐射天线进行垂直极化和水平极化方式切换；自动天线架既可以通过控制计算机进行控制操作也可以通过远程控制终端进行远程操作。
设置在自动天线架上的测距仪；所述测距仪用于测量辐射天线到正前方被测物体表面之间的测试距离。
所述可移动升降平台、自动天线架和测距仪均通过系统总线与上位机连接。
(3)辐射系统
所述辐射系统设置在可移动升降平台上，包括：
与上位机通过系统总线连接的信号产生器；所述信号产生器用于根据上位机设定的测试参数产生不同频率不同样式的低电平信号；
与信号产生器连接的射频开关单元；所述射频开关单元用于将信号产生器产生的低电平信号切换输出到不同频段的功率放大器；同时将功率放大器的正向输出功率和反向反射功率切换到功率计的两个探头进行实时监测；
与射频开关单元连接的功率放大器和功率计；所述功率放大器用于将信号产生器产生的低电平信号放大，向辐射按输出高功率信号；所述功率计用于实时监测功率放大器的正向输出功率和反向反射功率，并传输至上位机。可选地，功率计还配置有一台主机，用于实时显示监测到的功率放大器的正向输出功率和反向反射功率。
所述功率放大器与辐射天线连接；
所述辐射系统设置在屏蔽结构中。所述屏蔽结构配有环控装置能显示和控制屏蔽结构内的温度，可选地，还可配置防雨、防风、防沙、防电磁屏蔽等功能要求，以符合外场使用环境。
(4)场强监测仪
所述场强监测仪包括场强探头和显示设备，场强探头放置在被测试物体表面处，将探测到的场强值通过光纤传输到控制计算机，用于监测当前辐射场强值的大小。
以某一被测物体为例，基于上述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统实现的辐射敏感度测试方法如图3所示，包括如下步骤：
S1，将被测物体的三维外形模型导入三维仿真软件中，通过三维仿真软件将被测物体的三维外形模型分解成若干个三角区域；三维仿真软件可以采用一些常用的软件，划分的三角区域如图4所示。
S2，以三角区域的外心为测试点，计算某个测试点需要的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角，以及从当前测试点到下一个测试点需要改变的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角：
S21，某个三角区域的三个顶点分别为A1(xA1,y 1,z A1)、B1(xB1,y B1,z B1)和C1(xC1,y C1,z C1)，如图5所示，根据三角形的外心性质确定该三角区域的外心坐标O1(xo1,y o1,z o1)，计算公式如下：
Figure 680474DEST_PATH_IMAGE003
Figure 58366DEST_PATH_IMAGE004
Figure 924691DEST_PATH_IMAGE005
S22，根据三角区域的三边所构成的向量求得三角区域所在平面的法向向量
Figure 325716DEST_PATH_IMAGE001
，根 据法向向量
Figure 138952DEST_PATH_IMAGE001
和三角区域的外心坐标O1(xo1,y o1,z o1)以及测试距离R，计算得到辐射天线 的测试位置的坐标D1(xD1,yD1,zD1)；
S23，以辐射天线的测试位置D1为球心，如图6所示，根据
Figure 168087DEST_PATH_IMAGE002
向量和测试距离R，以 及笛卡尔坐标系与球坐标系变换，求得对应的俯仰角θ和方位角φ。
S3，将辐射天线置于移动测试系统上并移动至被测物体边上（在移动过程中如果遇到地面有线缆无法避开，可将平台的支腿升起跨过障碍线缆），按照步骤S2的计算结果，通过上位机控制移动测试系统调整辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角：
S31，根据当前测试点对应的辐射天线的测试位置，通过上位机调整可移动升降平台，并控制自动天线架将辐射天线调整到D1(xD1,yD1,zD1)；同时通过测距仪实时监测辐射天线距离被测物体表面的测试距离。
S32，再根据当前测试点对应的辐射天线的俯仰角和方位角，通过上位机调整辐射天线的俯仰角和方位角。可以通过远程控制终端调整辐射天线的俯仰角和方位角。可选地，还可以配置本地手控盒，实现对辐射天线的便捷调整。
S4，当辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角调整完成后，通过上位机设定测试参数并通过辐射系统控制辐射天线辐射信号：
S41，通过上位机设定测试参数，可选地，所述测试参数包括辐射天线辐射信号的工作频段、频率间隔、频率步进方式以及每个频段中辐射天线的极化方式等。
S42，根据上位机设定的测试参数控制信号产生器产生低电平信号；
S43，将信号产生器产生的低电平信号通过射频开关单元切换输出到不同频段的功率放大器；同时功率放大器的正向输出功率和反向反射功率通过射频开关单元切换到功率计的两个探头进行实时监测；
S44，功率放大器将信号产生器产生的低电平信号放大，向辐射天线输出高功率信号；
S45，辐射天线将高功率信号作为辐射信号向空间辐射。
S5，通过被测物体旁的场强监测仪实时监测场强值，通过上位机不断调整辐射系统控制辐射天线的辐射信号幅度，直到场强值达到辐射敏感度测试所需的场强值，完成当前测试点辐射敏感度测试；
在一些可选地实施例中，根据不同频段和辐射天线极化方式，步骤S5包括：
S51，当前频段辐射天线完成垂直极化或水平极化的辐射敏感度测试后，通过自动天线架自动切换到另一种极化方式，完成另一种极化方式的辐射敏感度测试；
S52，完成当前频段的垂直极化和水平极化的辐射敏感度测试后，自动切换到下一个频段，完成下一个频段的辐射敏感度测试；
S53，重复步骤S51~S52，直到完成当前测试点所有频段的辐射敏感度测试。
S6，再根据步骤S2的计算结果，通过上位机控制移动测试系统调整辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角，对下一个测试点按照步骤S4~S5的过程完成辐射敏感度测试；
S7，重复步骤S6，直到完成所有测试点的辐射敏感度测试。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将被测物体的三维外形模型导入三维仿真软件中，通过三维仿真软件将被测物体的三维外形模型分解成若干个三角区域；
S2，以三角区域的外心为测试点，计算某个测试点需要的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角，以及从当前测试点到下一个测试点需要改变的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角；
S3，将辐射天线置于移动测试系统上并移动至被测物体边上，按照步骤S2的计算结果，通过上位机控制移动测试系统调整辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角；
S4，当辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角调整完成后，通过上位机设定测试参数并通过辐射系统控制辐射天线辐射信号；
S5，通过被测物体旁的场强监测仪实时监测场强值，通过上位机不断调整辐射系统控制辐射天线的辐射信号幅度，直到场强值达到辐射敏感度测试所需的场强值，完成当前测试点辐射敏感度测试；
S6，再根据步骤S2的计算结果，通过上位机控制移动测试系统调整辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角，对下一个测试点按照步骤S4~S5的过程完成辐射敏感度测试；
S7，重复步骤S6，直到完成所有测试点的辐射敏感度测试。
2.根据权利要求1所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法，其特征在于，步骤S2中计算某个测试点需要的辐射天线的测试位置、俯仰角和方位角的方法包括：
S21，某个三角区域的三个顶点分别为A1、B1和C1，根据三角形的外心性质确定该三角区域的外心坐标O1(xo1,y o1,z o1)；
S22，根据三角区域的三边所构成的向量求得三角区域所在平面的法向向量
Figure 783608DEST_PATH_IMAGE001
，根据法 向向量
Figure 272358DEST_PATH_IMAGE001
和三角区域的外心坐标O1(xo1,y o1,z o1)以及测试距离R，计算得到辐射天线的测 试位置的坐标D1(xD1,yD1,zD1)；
S23，以辐射天线的测试位置D1为球心，根据
Figure 540528DEST_PATH_IMAGE002
向量和测试距离R，以及笛卡尔坐标系 与球坐标系变换，求得对应的俯仰角θ和方位角φ。
3.根据权利要求2所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31，所述移动测试系统包括可移动升降平台自动、自动天线架和测距仪；根据当前测试点对应的辐射天线的测试位置，通过上位机调整可移动升降平台，并控制自动天线架将辐射天线调整到D1(xD1,yD1,zD1)；同时通过测距仪实时监测辐射天线距离被测物体表面的测试距离
S32，再根据当前测试点对应的辐射天线的俯仰角和方位角，通过上位机调整辐射天线的俯仰角和方位角。
4.根据权利要求3所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法，其特征在于，步骤S4包括：
S41，通过上位机设定测试参数；
S42，根据上位机设定的测试参数控制信号产生器产生低电平信号；
S43，将信号产生器产生的低电平信号通过射频开关单元切换输出到不同频段的功率放大器；同时功率放大器的正向输出功率和反向反射功率通过射频开关单元切换到功率计的两个探头进行实时监测；
S44，功率放大器将信号产生器产生的低电平信号放大，向辐射天线输出高功率信号；
S45，辐射天线将高功率信号作为辐射信号向空间辐射。
5.根据权利要求3或4所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法，其特征在于，步骤S4中，上位机设定的测试参数包括辐射天线辐射信号的工作频段、频率间隔、频率步进方式以及每个频段中辐射天线的极化方式。
6.根据权利要求5所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试方法，其特征在于，根据不同频段和辐射天线极化方式，步骤S5包括：
S51，当前频段辐射天线完成垂直极化或水平极化的辐射敏感度测试后，通过自动天线架自动切换到另一种极化方式，完成另一种极化方式的辐射敏感度测试；
S52，完成当前频段的垂直极化和水平极化的辐射敏感度测试后，自动切换到下一个频段，完成下一个频段的辐射敏感度测试；
S53，重复步骤S51~S52，直到完成当前测试点所有频段的辐射敏感度测试。
7.一种外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统，其特征在于，包括：
上位机；
与上位机通过系统总线连接的移动测试系统、辐射系统和场强监测仪；
以及搭载在移动测试系统上，并与辐射系统连接的辐射天线。
8.根据权利要求7所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统，其特征在于，所述移动测试系统包括：
可移动升降平台；
设置在可移动升降平台自动上的自动天线架；
设置在自动天线架上的测距仪；
所述可移动升降平台、自动天线架和测距仪均通过系统总线与上位机连接。
9.根据权利要求8所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统，其特征在于，所述辐射系统设置在可移动升降平台上，包括：
与上位机通过系统总线连接的信号产生器；
与信号产生器连接的射频开关单元；
与射频开关单元连接的功率放大器和功率计；
所述功率放大器与辐射天线连接；
所述辐射系统设置在屏蔽结构中。
10.根据权利要求7所述的外场移动式多天线多自由度辐射敏感度测试系统，其特征在于，所述上位机包括：
连接系统总线的控制计算机；
与控制计算机连接的数据传输设备；
以及与数据传输设备连接的远程控制终端。
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