CN116581541B - 一种波束指向的修正方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及雷达天线测量技术领域，尤其涉及一种波束指向的修正方法及设备，方法包括：获取天线方向图数据；根据天线方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值；根据第一波束指向精度误差值对相控阵天线进行第一次波束指向修正；获取相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据。根据幅度相位数据确定相控阵天线的第二波束指向精度误差值；根据第二波束指向精度误差值对相控阵天线进行第二次波束指向修正。现有技术方案即为本申请中的第二次波束指向修正过程，本申请中的技术方案进行第二次波束指向修正前，预先通过天线方向图数据对相控阵天线的波束指向进行第一次波束指向修正，从而提高相控阵天线的波束指向修正效率。
Description
技术领域
本申请涉及雷达天线测量技术领域，尤其涉及一种波束指向的修正方法及设备。
背景技术
相控阵天线的波束指向精度是其重要的技术指标之一，某些精密测量雷达天线甚至要求波束指向精度达到十分之一个毫弧度，提高波束指向精度是当今时代对雷达天线的必然要求。
波束指向精度的提高是阵列天线的一个难点，对相控阵天线更是如此，仅仅通过天线的设计以及提高工艺来满足天线波束指向精度的要求，不仅难度大而且成本高，所以现有技术中一般在相控阵天线生产完成后，对相控阵天线的波束指向进行修正，以提高相控阵天线的波束指向精度。
现有技术中的波束指向修正过程为，采集相控阵天线在设定指向范围（理论指向范围）内的幅度相位数据，根据幅度相位数据确定相控阵天线的实际波束指向，通过实际波束指向数据和理论波束指向的对比结果作为相控阵天线波束指向修正的依据。且需要多次重复上述过程，直至相控阵天线的实际波束指向和理论波束指向的差值满足预设要求为止。
由于相控阵天线的特性：工作频率范围广，扫范围范围广，扫描步进高，扫描精度要求高。导致在波束指向修正过程中需要耗费大量的时间去完成相控阵天线实际波束指向数据的采集。少则几小时，多的可能需要几天时间才能完成一次相控阵天线实际波束指向的采集，这就导致了相控阵天线的每次波束指向修正过程均需要耗费大量时间。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中相控阵天线的波束指向修正过程需要耗费大量时间的问题，本申请提供一种波束指向的修正方法及设备。
本申请的方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种波束指向的修正方法，包括：
获取天线方向图数据；所述天线方向图数据是在相控阵天线生产测试过程中产生的；
根据所述天线方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值；
根据所述第一波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第一次波束指向修正；
获取所述相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据；
根据所述幅度相位数据确定所述相控阵天线的第二波束指向精度误差值；
根据所述第二波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第二次波束指向修正。
优选地，根据所述天线方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
判断所述天线方向图数据中是否存在差方向图数据；
若存在所述差方向图数据，则根据所述差方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
优选地，根据所述天线方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值，还包括：
若不存在所述差方向图数据，判断所述天线方向图数据中是否存在和方向图数据；
若存在所述和方向图数据，则根据所述和方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
优选地，根据所述第一波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第一次波束指向修正前，所述方法还包括：
根据所述第一波束指向精度误差值判断所述相控阵天线是否存在状态异常；
若存在状态异常，则进行天线状态异常告警。
优选地，根据所述第一波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第一次波束指向修正前，所述方法还包括：
对所述第一波束指向精度误差值进行插值处理。
优选地，所述方法还包括：
将所述第一波束指向精度误差值进行存储。
优选地，根据所述差方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
将所述差方向图的零深点作为所述相控阵天线的实际天线波束指向；
计算所述实际天线波束指向与预测天线波束指向的差值作为所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
优选地，根据所述和方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
将所述和方向图的3dB中心点作为所述相控阵天线的实际天线波束指向；
计算所述实际天线波束指向与预测天线波束指向的差值作为所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
优选地，根据所述第一波束指向精度误差值判断所述相控阵天线是否存在状态异常，包括：
若所述第一波束指向精度误差值中的任意一个误差值不小于预设值，或所述第一波束指向精度误差值中的任意两个误差值之差不小于预设值，则确定所述相控阵天线存在状态异常。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种波束指向的修正设备，包括：
矢量网络分析仪、传动装置、处理器和存储器；
所述处理器与矢量网络分析仪、传动装置和存储器通过通信总线相连接：
其中，所述传动装置用于带动相控阵天线进行转动；
所述矢量网络分析用于获取所述相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据；
所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行如以上任一项所述的一种波束指向的修正方法。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：一种波束指向的修正方法，包括：获取天线方向图数据；根据天线方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值；根据第一波束指向精度误差值对相控阵天线进行第一次波束指向修正；获取相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据。根据幅度相位数据确定相控阵天线的第二波束指向精度误差值；根据第二波束指向精度误差值对相控阵天线进行第二次波束指向修正。现有技术方案即为本申请中的第二次波束指向修正过程，本申请中的技术方案进行第二次波束指向修正前，预先通过天线方向图数据对相控阵天线的波束指向进行第一次波束指向修正，从而缩小第二次波束指向修正过程中的设定指向范围（理论指向范围），从而减少第二次波束指向修正过程所需的次数，并且天线方向图是在相控阵天线生产测试过程中产生的，所以无须额外增加生成天线方向图的时间，本申请中的技术方案可以大大提高相控阵天线的波束指向修正效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的一种波束指向的修正方法的流程示意图；
图2是本申请一个实施例提供的另一种波束指向的修正方法的流程示意图；
图3是本申请一个实施例提供的一种线阵和差波束归一化方向图；
图4是本申请一个实施例提供的一种波束指向的修正设备的结构示意图。
附图标记：矢量网络分析仪-21；传动装置-22；处理器-23；存储器-24。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是本申请一个实施例提供的一种波束指向的修正方法的流程示意图，参照图1，一种波束指向的修正方法，包括：
S11：获取天线方向图数据；天线方向图数据是在相控阵天线生产测试过程中产生的；
S12：根据天线方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值；
S13：根据第一波束指向精度误差值对相控阵天线进行第一次波束指向修正；
S14：获取相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据；
S15：根据幅度相位数据确定相控阵天线的第二波束指向精度误差值；
S16：根据第二波束指向精度误差值对相控阵天线进行第二次波束指向修正。
需要说明的是，本实施例中的技术方案涉及雷达天线测量技术领域，尤其可以应用在相控阵天线的波束指向的修正过程中。
需要说明的是，天线方向图是用图示的方法表示天线辐射能量在空间的分布，天线方向图是天线重要的电性能参数，这是因为通过测量天线方向图可以确定天线的半功率波束宽度、天线方向系数、增益和副瓣电平等。因此，天线方向图的测量是天线最重要、最基本的电参数测量。其常见的测量方法为远场法，又称为信标塔法，该方法是在常规的室外来完成天线方向图的测量，是天线方向图测量最常用的方法。
常规远场法测试场地中，担负发射任务的源天线安置在信标塔上，待测天线作为接收端安置在测试转台上。相控阵天线的天线方向图测量过程中，首先控制被测天线波束指向、收发状态，然后测试系统控制转台转动，同时系统采集用于接收信号测试的仪器上幅度数据（通常是频谱仪、矢量网络分析仪、功率等）。
需要说明的是，天线方向图是在相控阵天线生产测试过程中产生的，所以在本实施例中的技术方案实施过程中无须额外增加生成天线方向图的时间，只需直接从天线方向图数据库或者天线方向图数据文件中获取天线方向图数据即可。
需要说明的是，参照图2，根据天线方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
判断天线方向图数据中是否存在差方向图数据；
若存在差方向图数据，则根据差方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值；
若不存在差方向图数据，判断天线方向图数据中是否存在和方向图数据；
若存在和方向图数据，则根据和方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
需要说明的是，通常方向图数据，根据设计或测试要求，可以包含多个剖面的方向图，如：0°剖面、45°剖面、90°剖面。
根据设计上的区别，在各个剖面中会测量差方向方向图和和方向方向图。
由于天线特性，天线的差方向图比和方向图可以更精确的预估天线的实际指向，所以本实施例中优先判断天线方向图数据中是否存在差方向图数据，若存在差方向图数据则直接根据差方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
需要说明的是，根据差方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
将差方向图的零深点作为相控阵天线的实际天线波束指向；
计算实际天线波束指向与预测天线波束指向的差值作为相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
图3为线阵和差波束归一化方向图，阵元数目为20，其纵坐标为归一化增益，单位为dB，横坐标为角度，即转台或者机械臂在水平面上与垂直面的夹角角度，通常用来表示当前天线接收或者发射该信号时处于和天线在某一剖面的法向夹角，也即当前天线相对于常规定义的零度指向的夹角。
通常雷达测向都采用天线差口来进行，而天线的差方向图则是最最直观准确反应天线差口所输出电磁波的空间特性。如图3所示的差方向图曲线，该差方向图曲线的零深点即为相控阵天线的实际天线波束指向。
在没有差方向图数据的情况下，则根据和方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
需要说明的是，根据和方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
将和方向图的3dB中间点（信号最大点）作为相控阵天线的实际天线波束指向；
计算实际天线波束指向与预测天线波束指向的差值作为相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
如图3所示的和方向图曲线，该和方向图曲线具有3dB中间点，本实施例中将和方向图的3dB中间点作为相控阵天线的实际天线波束指向。
需要说明的是，根据第一波束指向精度误差值对相控阵天线进行第一次波束指向修正前，方法还包括：
根据第一波束指向精度误差值判断相控阵天线是否存在状态异常；
若存在状态异常，则进行天线状态异常告警。
需要说明的是，相控阵天线在进行波束指向修正时，会设定多个理论波束指向，采集相控阵天线在各个理论波束指向的指向范围内的幅度相位数据确定相控阵天线的实际波束指向，通过各个指向上的误差来对相控阵天线进行修正。
需要说明的是，若第一波束指向精度误差值中的任意一个误差值不小于预设值，或第一波束指向精度误差值中的任意两个误差值之差不小于预设值，则确定相控阵天线存在状态异常。
在具体实践中，异常状态包括不限于：第一波束指向精度误差值中的任意一个误差值大于等于5°，或第一波束指向精度误差值中的单一误差值和其他的误差值之差大于等于5°（该预设值可根据实际情况调整）。
若出现上述情况（第一波束指向精度误差值中的任意一个误差值大于等于5°，或第一波束指向精度误差值中的单一误差值和其他的误差值之差大于等于5°），则表示天线可能偏差较为严重，
需要说明的是，根据第一波束指向精度误差值对相控阵天线进行第一次波束指向修正前，方法还包括：
对第一波束指向精度误差值进行插值处理。
需要说明的是，由于方向图数据的步进粒度比现有的指向精度测试（即第二次波束指向修正）中的步进和粒度要大，所以需要对根据方向图数据得到的第一波束指向精度误差值进行插值处理，以使其满足第二次波束指向修正所需的步进和粒度。
需要说明的是，方法还包括：
将第一波束指向精度误差值进行存储。
在具体实践中，将第一波束指向精度误差值烧写存储到被测件中，或者存储到数据库数据。
在第一次波束指向修正完成后，开始进行高精度的指向精度修正流程，即第二次波束指向修正。
需要说明的是，第二次波束指向修正为现有技术中常用的指向精度修正技术手段，在具体实践中，首先控制转台或机械臂将相控阵天线旋转移动到设定指向角度（即理论波束指向）范围内，在理论波束指向一定角度范围内，通过机械扫描或者电控扫描的方式，采集理论波束指向一定范围内容的幅度相位数据。根据采集的幅度相位数据计算相控阵天线的第二波束指向精度误差值。
在具体实践中，如果仅采用现有的指向精度修正技术手段，则需要将指向精度的搜寻范围缩小到最小为±2°才能将相控阵天线的实际指向正确测试出来，如果结合本实施例中的方向图数据，则可在2.25°~1.75°范围搜寻实际指向，可以比原有的方式减少四分之三的搜寻范围。
需要说明的是，本实施例中的技术方案，首先根据天线方向图数据确定相控阵天线的第一波束指向精度误差值，再根据第一波束指向精度误差值对相控阵天线进行第一次波束指向修正，使得在进行第二次波束指向修正时，可以在小范围中，搜寻指向数据，在具体实践中，该范围通常＜0.5。
本实施例中的技术方案，将在天线生产测试过程中的产生的天线方向图数据充分利用起来，大量减少指向精度的修正时间，特别是对于天线初始指向误差较大的相控阵天线。
实施例二
图4是本申请一个实施例提供的一种波束指向的修正设备的结构示意图，参照图4，一种波束指向的修正设备，包括：
矢量网络分析仪21、传动装置22、处理器23和存储器24；
处理器23与矢量网络分析仪21、传动装置22和存储器24通过通信总线相连接：
其中，传动装置22用于带动相控阵天线进行转动；
矢量网络分析21用于获取相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据；
处理器23，用于调用并执行存储器24中存储的程序；
存储器24，用于存储程序，程序至少用于执行以上实施例中的一种波束指向的修正方法。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种波束指向的修正方法，其特征在于，包括：
获取天线方向图数据；所述天线方向图数据是在相控阵天线生产测试过程中产生的；
根据所述天线方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值；
根据所述第一波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第一次波束指向修正；
获取所述相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据；
根据所述幅度相位数据确定所述相控阵天线的第二波束指向精度误差值；
根据所述第二波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第二次波束指向修正；
其中，根据所述天线方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
判断所述天线方向图数据中是否存在差方向图数据；
若存在所述差方向图数据，则根据所述差方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值；
若不存在所述差方向图数据，判断所述天线方向图数据中是否存在和方向图数据；
若存在所述和方向图数据，则根据所述和方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值；
根据所述差方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
将所述差方向图的零深点作为所述相控阵天线的实际天线波束指向；
计算所述实际天线波束指向与预测天线波束指向的差值作为所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值；
根据所述和方向图数据确定所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值，包括：
将所述和方向图的3dB中心点作为所述相控阵天线的实际天线波束指向；
计算所述实际天线波束指向与预测天线波束指向的差值作为所述相控阵天线的第一波束指向精度误差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第一次波束指向修正前，所述方法还包括：
根据所述第一波束指向精度误差值判断所述相控阵天线是否存在状态异常；
若存在状态异常，则进行天线状态异常告警。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一波束指向精度误差值对所述相控阵天线进行第一次波束指向修正前，所述方法还包括：
对所述第一波束指向精度误差值进行插值处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述第一波束指向精度误差值进行存储。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述第一波束指向精度误差值判断所述相控阵天线是否存在状态异常，包括：
若所述第一波束指向精度误差值中的任意一个误差值不小于预设值，或所述第一波束指向精度误差值中的任意两个误差值之差不小于预设值，则确定所述相控阵天线存在状态异常。
6.一种波束指向的修正设备，其特征在于，包括：
矢量网络分析仪、传动装置、处理器和存储器；
所述处理器与矢量网络分析仪、传动装置和存储器通过通信总线相连接：
其中，所述传动装置用于带动相控阵天线进行转动；
所述矢量网络分析仪用于获取所述相控阵天线在设定指向角度范围内的幅度相位数据；
所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行权利要求1-5任一项所述的一种波束指向的修正方法。
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