CN117518206B - 一种多波束相控阵天线性能参数测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多波束相控阵天线性能参数测试系统及方法，所述系统包括信号播发子系统、信号测量子系统、控制子系统，所述信号播发子系统包括信号生成设备、辅助天线、天线支架，所述信号测量子系统包括信号接收设备，所述控制子系统包括自动化测试设备。本申请采用通用测量仪器搭建，不需要专用测量仪器，易于实现，成本低；同时，在本申请中的测量仪器均为卫星导航行业内的通用测量仪器，系统内设备的复用率高；本申请在自由空间测试环境中使用，不依赖使用环境，不需要搭建微波暗室，不需要配备机械伺服转台等附加设备，便于布设，极大降低对大型多波束相控阵天线性能测量的复杂度，节省测试成本，具有广泛的市场应用前景。

Description

一种多波束相控阵天线性能参数测试系统及方法

技术领域

本申请涉及天线测试技术领域，特别地，涉及一种多波束相控阵天线性能参数测试系统及方法。

背景技术

近年来，随着卫星导航领域技术的发展，多波束相控阵天线以其高增益信号输出模式、多波束多目标工作方式、全空域覆盖等技术优势，在天线技术领域得到广泛关注。

多波束相控阵天线是指：阵面由几十至成百上千个不等的天线单元组成的、能够生成2路以上独立可控数字或模拟波束信号的接收天线，其外观呈现为球形形态、矩形形态、平面阵形态、多面阵形态等。其中，每个波束能对准既定的目标，完成对既定目标来向信号的接收转发输出。

在多波束相控阵天线设计中，由于其高增益信号输出、多波束多目标工作方式、全空域覆盖的技术特点，其阵面数目必然很庞大，再考虑其内部的射频组件、信号处理模块、时钟模块、通信模块、电源模块、散热模块等模组，多波束相控阵天线基本具有外形尺寸大、重量重的特点。

当前行业中对普通天线的测量，一般在微波暗室中进行，通过测量天线方向图的方式测量其性能参数，并已经具备相当成熟的技术和市场条件。而相对普通天线，多波束相控阵天线直径可能达到1.5m以上、重量可能达到300kg以上，由于其尺寸和重量的巨大差异，当前市面中现有的微波暗室不具备对多波束相控阵天线性能参数测试的条件。

而对大型多波束相控阵天线性能参数的测量，常规的方法有三类：

一类是建设对应的微波暗室进行测量，在微波暗室环境中利用天线近场测量系统来测量天线的幅度和相位分布，由近场测试数据推算天线的远场性能完成方向图生成，再通过方向图得出其性能参数状态。建设的微波暗室需和天线近场方向重合；

二类是在自由空间测试环境进行测量，通过远场标校塔架设辅助天线，配备三轴转台带动待测的多波束相控阵天线按照既定的间隔转动，以机械扫描的方法获得远场方向图数据，通过方向图得出其性能参数状态；

三类是在自由空间测试环境进行测量，将辅助天线搭载在无人机上，控制无人机在待测天线的远场区域，按照既定的间隔全空域覆盖飞行，以机械扫描的方法获得远场方向图数据，拟合生成方向图后得出其性能参数状态。

但是采用以上常规测量方法会遇到以下问题：

1、针对多波束相控阵天线搭建微波暗室的方法，其成本高昂，对大尺寸和重量的天线甚至难以实现；

2、自由空间测试环境中配备三轴转台转动待测天线的方法，需要给上百千克重量的天线配备三轴机械伺服转台，并且控制伺服转台以极小的角度步进进行全空域覆盖转动，实现要求高、成本高昂；

3、自由空间测试环境中配置无人机搭载辅助天线的方法，其实现方式复杂，成本高昂，并且由于无人机飞行的控制精度、飞行震动等影响，所采集的数据会有一定的误差，拟合生成的方向图不能精确反映天线性能参数状态。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供了一种多波束相控阵天线性能参数测试系统及方法，达到降低成本、简化结构、测试结果准确可靠的目的。

本申请采用的技术方案如下：

一种多波束相控阵天线性能参数测试系统，包括：

信号播发子系统，包括信号生成设备、辅助天线、天线支架，所述信号生成设备用于按设定频率、调制方式和电平大小生成测试信号，所述辅助天线设置在所述天线支架上，用于将生成的所述测试信号朝向设定的方向播发出去，其中，所述辅助天线的相位中心对准待测的多波束相控阵天线的相位中心，所述辅助天线和待测的多波束相控阵天线之间的距离满足最小远场测试距离条件；

信号测量子系统，包括信号接收设备，与待测的多波束相控阵天线电路连接，用于接收和测量待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息，所述参数信息包括信号功率、载噪比；

控制子系统，包括自动化测试设备，分别与信号生成设备、信号接收设备和待测的多波束相控阵天线电路连接，用于控制信号播发子系统的播发信号的频率、调制方式和电平大小；控制待测的多波束相控阵天线进行信号的接收转发和波束指向；设置信号测量子系统的测量参数、读取信号测量子系统接收和测量的待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息；以及自动存储、分析测量数据，生成多波束相控阵天线性能参数测试结果，包括波束指向精度和副瓣电平。

进一步地，若待测的多波束相控阵天线的输出为数字多波束信号时，所述子系统还包括数字多波束信号处理设备，所述数字多波束信号处理设备电路连接设置在信号接收设备和待测的多波束相控阵天线输出端之间，用于将待测的多波束相控阵天线输出的数字多波束信号先转换为射频测试信号。

进一步地，所述待测的多波束相控阵天线的形态包括球形、矩形、平面阵、多面阵。

一种多波束相控阵天线性能参数测试方法，基于所述的多波束相控阵天线性能参数测试系统，包括步骤：

S1、设置信号播发子系统的测试信号的频率、调制方式、电平大小，开始向待测的多波束相控阵天线播发测试信号，记录所播发测试信号电平大小为E_t；

S2、以待测的多波束相控阵天线相位中心为坐标原点建立三维笛卡尔坐标系，所述三维笛卡尔坐标系的X轴指向正东方、Y轴指向正北方，Z轴指向对天方位，方位角φ为方向矢量在XY平面的投影与Y轴的夹角，俯仰角θ为方向矢量和XY平面的夹角；

S3、精确测量辅助天线在所述三维笛卡尔坐标系中的指向角度（φ_t，θ_t）；

S4、控制待测的多波束相控阵天线生成1个波束的信号，该波束指向角度为（φ_t，θ_t）；

S5、控制信号接收设备接收和测量待测的多波束相控阵天线输出信号的参数信息记为P，并记录测量的基准三维数据列（φ_t，θ_t，E_t-E_t）；

S6、控制信号播发子系统开始播发测试信号，按照方位角φ和俯仰角θ在各自的取值范围内按各自的步进，得到的所有方位角φ和俯仰角θ取值两两组合后得到的所有指向角度(φ_i，θ_i)，待测的多波束相控阵天线按照所有指向角度(φ_i，θ_i)依次生成波束信号，且每生成1个波束信号，均实时调整信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，直至信号测量子系统测量的参数信息为P时，则记录当前信号播发子系统播发的测试信号的电平大小为E_i，最终得到所有指向角度(φ_i，θ_i)范围内的三维数据列（φ_i，θ_i，E_t-E_i），i为采集的数据个数；

S7、根据辅助天线在所述三维笛卡尔坐标系中的指向角度（φ_t，θ_t）和所述三维数据列（φ_i，θ_i，E_t-E_i）计算得到待测的多波束相控阵天线性能参数测试结果，包括波束指向精度和副瓣电平。

进一步地，所述调制方式包括单载波信号、数字调制信号、符合标准空间信号接口控制文件规范的卫星导航信号。

进一步地，所述步骤S7具体包括步骤：

S701、从所述三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i）中查找E_t -E_i 为最大值时对应的指向角度（φ_m，θ_m），计算指向角度（φ_m，θ_m）与精确测量出的辅助天线的指向角度（φ_t，θ_t）的角度差得到待测的多波束相控阵天线的波束指向精度。

进一步地，所述步骤S7具体包括步骤：

S711、根据所述三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i）建立三维坐标系，并将对应数据点描出，在描出的图形中，以辅助天线的指向角度（φ_t，θ_t）为基准，以天线3dB带宽宽度为半径确定主波束覆盖范围，则在主波束覆盖范围之外所测量的最大E_t -E_i值，即为待测的多波束相控阵天线的副瓣电平。

进一步地，所述步骤S6中，在对多波束相控阵天线波束指向精度性能参数测试时，根据多波束相控阵天线波束指向误差基本很小，可能在1°以下的特性，设定方位角φ、俯仰角θ的取值范围分别为φ_t±3°、θ_t±3°；同时根据波束指向精度测试结果精度要求和多波束相控阵天线可以设置的最小角度步进情况，设定方位角φ的步进量Δφ、俯仰角θ的步进量Δθ均为0.02°~0.1°，精确测量出波束指向精度指标的同时减少数据采集量，节省测试时间。

进一步地，所述步骤S6中，在对多波束相控阵天线副瓣电平性能参数测试时，根据此方法下多波束相控阵天线副瓣出现位置不可预测的特性，设定方位角φ的取值范围为0°~360°、俯仰角θ的取值范围为0°~90°；同时根据副瓣电平测试结果精度要求，设定方位角φ的步进量Δφ、俯仰角θ的步进量Δθ均为1°~3°，对多波束相控阵天线进行全区域覆盖扫描的同时减少数据采集量，保证副瓣电平测试结果的可靠性。

进一步地，所述步骤S6具体包括步骤:

S61、设置方位角φ的取值范围为[φ₀，φ₁]，俯仰角θ的取值范围为[θ₀，θ₁]，方位角φ的步进量为△φ，俯仰角θ的步进量为△θ；

S62、控制信号播发子系统开始播发测试信号、控制待测的多波束相控阵天线生成1个波束的信号，该波束的指向角度为（φ₀，θ₀）；

S63、实时调整信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，直至信号测量子系统测量的参数信息为P时，记录当前信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，记为E₀，将测量的三维数据列（φ₀，θ₀，E_t -E₀）进行保存；

S64、控制待测的多波束相控阵天线生成波束的俯仰角θ不变，根据方位角扫描步进量△φ步进改变方位角φ，且每步进改变一次波束的方位角φ后，重复执行一次步骤S63，直至方位角φ等于φ₁；

S65、根据俯仰角扫描步进量△θ，不断步进改变待测的多波束相控阵天线生成波束的俯仰角θ，所述俯仰角θ每步进改变一次，则重复一次步骤S64，直至俯仰角θ等于θ₁，最终测得整个方位角、俯仰角度取值范围内的所有三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i），i为采集的数据个数。

相比现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请的测试系统采用通用测量仪器搭建，不需要专用测量仪器，易于实现，成本低。同时，在本系统中使用的测量仪器均为卫星导航行业内的通用测量仪器，系统内设备的复用率高。

本申请的测试系统在自由空间测试环境中使用，不依赖使用环境，不需要搭建微波暗室，不需要配备天线机械伺服转台等附加设备，便于布设，极大降低对大型多波束相控阵天线性能测量的复杂度，极大的节省测试成本。

本申请操作灵活，控制简单，以软件方式实现自动化测试。系统搭建完成后，设置软件初始化参数，软件可自动控制波束指向、控制信号播发的电平，完成数据的自动采集和结果输出，灵活可靠，自动化程度高。

本申请的结果测量精度高。本申请通过软件控制波束指向移动的方式进行不同方位的信号扫描，测试过程中不移动测量仪器、不需要三轴转台带动天线转动，避免了机械转动引入的波束指向误差。

本申请通过调整信号播发子系统电平，使得信号测量子系统测量出的测试信号参数信息恒定为P，保证数据采集过程中测试信号参数信息始终保持在测量子系统测量范围内，避免超出测量仪器可测试范围导致出现的测量误差，同时数据采集过程中不需要人工干预，避免了人工干预可能引入的操作误差。

本申请通用性强，不需要测量天线方向图即可测出天线关键参数指标，测试对象适用于所有类型的多波束相控阵天线，如天线的外观可以呈现球形形态、矩形形态、平面阵形态、多面阵形态等，天线的信号输出模式可以为数字多波束信号、模拟多波束信号等，因此本申请对各种形态、各种信号输出模式的多波束相控阵天线的波束指向精度、副瓣电平参数测量，均可适用，满足不同类型多波束相控阵天线的测试需要，具有广泛的市场应用前景。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请优选实施例的多波束相控阵天线性能参数测试系统组成示意图。

图2为本申请另一优选实施例的多波束相控阵天线性能参数测试系统组成示意图。

图3为本申请优选实施例的多波束相控阵天线性能参数测试方法流程示意图。

图4为本申请优选实施例的步骤S7的子步骤流程示意图。

图5为本申请另一优选实施例的步骤S7的子步骤流程示意图。

图6本申请优选实施例的步骤S6的子步骤流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请的优选实施例提供了一种多波束相控阵天线性能参数测试系统，包括：

信号播发子系统，包括信号生成设备、辅助天线、天线支架，所述信号生成设备用于按设定频率、调制方式和电平大小生成测试信号，所述辅助天线设置在所述天线支架上，用于将生成的所述测试信号朝向设定的方向播发出去，其中，所述辅助天线的相位中心对准待测的多波束相控阵天线的相位中心，与真实应用场景下，多波束相控阵天线接收、转发对天信号时其相位中心对准天上真实卫星位置情况保持一致，保证本系统测量的测试数据能体现多波束相控阵天线在真实应用场景下的情况；所述辅助天线和待测的多波束相控阵天线之间的距离满足最小远场测试距离条件，避免天线近场效应导致测量结果不准确的问题；

信号测量子系统，包括信号接收设备，与待测的多波束相控阵天线电路连接，用于接收和测量待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息，所述参数信息包括信号功率、载噪比；

控制子系统，包括自动化测试设备，分别与信号生成设备、信号接收设备和待测的多波束相控阵天线电路连接，用于控制信号播发子系统的播发信号的频率、调制方式和电平大小；控制待测的多波束相控阵天线进行信号的接收转发和波束指向；设置信号测量子系统的测量参数、读取信号测量子系统接收和测量的待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息；以及自动存储、分析测量数据，生成多波束相控阵天线性能参数测试结果，包括波束指向精度和副瓣电平。

本实施例的多波束相控阵天线性能参数测试系统包括信号播发子系统、信号测量子系统和控制子系统，信号播发子系统包括信号生成设备、辅助天线、天线支架，天线支架采用普通的支架即可，不需要三轴转台或无人机，结构简单成本低，测试系统采用通用测量仪器搭建，不需要专用测量仪器，易于实现，成本低。同时，在本系统中使用的测量仪器均为卫星导航行业内的通用测量仪器，系统内设备的复用率高。本实施例的测试系统在自由空间测试环境中使用，待测多波束相控阵天线摆放至自由空间测试环境中，不依赖使用环境，不需要搭建微波暗室，不需要配备天线机械伺服转台等附加设备，便于布设，极大降低对大型多波束相控阵天线性能测量的复杂度，极大的节省测试成本。本申请的结果测量精度高，通过软件控制波束指向移动的方式进行不同方位的信号扫描，测试过程中不移动测量仪器、不需要三轴转台或无人机带动天线转动，避免了机械转动引入的波束指向误差。本实施例操作灵活，控制简单，以软件方式实现自动化测试。系统搭建完成后，设置软件初始化参数，软件可自动控制波束指向、控制信号播发的电平，完成数据的自动采集和结果输出，灵活可靠，自动化程度高。本实施例通用性强，不需要测量天线方向图即可测出天线关键参数指标，测试对象适用于所有类型的多波束相控阵天线，如天线的外观可以呈现球形形态、矩形形态、平面阵形态、多面阵形态等，天线的信号输出模式可以为数字多波束信号、模拟多波束信号等，因此本申请对各种形态、各种信号输出模式的多波束相控阵天线的波束指向精度、副瓣电平参数测量，均可适用，满足不同类型多波束相控阵天线的测试需要，具有广泛的市场应用前景。

如图2所示，在本申请的另一优选实施例中，若待测的多波束相控阵天线的输出为数字多波束信号时，所述子系统还包括数字多波束信号处理设备，所述数字多波束信号处理设备电路连接设置在信号接收设备和待测的多波束相控阵天线输出端之间，用于将待测的多波束相控阵天线输出的数字多波束信号先转换为射频测试信号。

针对输出为数字多波束信号的待测的多波束相控阵天线，本实施例另外设置有数字多波束信号处理设备，将将待测的多波束相控阵天线输出的数字多波束信号先转换为射频测试信号后，再由信号接收设备接收和测量待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息，所述参数信息包括信号功率、载噪比，满足相关数字多波束信号类型的待测的多波束相控阵天线的测试需要。

具体地，上述实施例中，所述待测的多波束相控阵天线的形态包括球形、矩形、平面阵、多面阵，因此，上述多波束相控阵天线性能参数测试系统对目前常用的不同形态的多波束相控阵天线都适用，应用范围广。

如图3所示，本申请的另一优选实施例还提供了一种多波束相控阵天线性能参数测试方法，基于所述的多波束相控阵天线性能参数测试系统，包括步骤：

S1、设置信号播发子系统的测试信号的频率、调制方式、电平大小，开始向待测的多波束相控阵天线播发测试信号，记录所播发测试信号电平大小为E_t；

S2、以待测的多波束相控阵天线相位中心为坐标原点建立三维笛卡尔坐标系，所述三维笛卡尔坐标系的X轴指向正东方、Y轴指向正北方，Z轴指向对天方位，方位角φ为方向矢量在XY平面的投影与Y轴的夹角，俯仰角θ为方向矢量和XY平面的夹角；

S3、精确测量辅助天线在所述三维笛卡尔坐标系中的指向角度（φ_t，θ_t）；

S4、控制待测的多波束相控阵天线生成1个波束的信号，该波束指向角度为（φ_t，θ_t）；

S5、控制信号接收设备接收和测量待测的多波束相控阵天线输出信号的参数信息记为P，并记录测量的基准三维数据列（φ_t，θ_t，E_t-E_t）；

S6、控制信号播发子系统开始播发测试信号，按照方位角φ和俯仰角θ在各自的取值范围内按各自的步进量得到的所有方位角φ和俯仰角θ取值两两组合后得到的所有指向角度(φ_i，θ_i)，待测的多波束相控阵天线按照所有指向角度(φ_i，θ_i)依次生成波束信号，且每生成1个波束信号，均实时调整信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，直至信号测量子系统测量的参数信息为P时，则记录当前信号播发子系统播发的测试信号的电平大小为E_i，最终得到所有指向角度(φ_i，θ_i)范围内的三维数据列（φ_i，θ_i，E_t-E_i），i为采集的数据个数；

S7、根据辅助天线在所述三维笛卡尔坐标系中的指向角度（φ_t，θ_t）和所述三维数据列（φ_i，θ_i，E_t-E_i）计算得到待测的多波束相控阵天线性能参数测试结果，包括波束指向精度和副瓣电平。

本实施例提供了一种多波束相控阵天线性能参数测试方法，该方法通过调整信号播发子系统电平，使得信号测量子系统测量出的测试信号参数信息恒定为P，保证数据采集过程中测试信号参数信息始终保持在测量子系统测量范围内，避免超出测量仪器可测试范围导致出现的测量误差，同时数据采集过程中不需要人工干预，避免了人工干预可能引入的操作误差，提高了测试结果的准确性和可靠性。

具体地，所述调制方式包括单载波信号、数字调制信号、符合标准空间信号接口控制文件规范的卫星导航信号，从而满足不同信号种类的天线的测试需要。

优选地，如图4所示，所述步骤S7具体包括步骤：

S701、从所述三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i）中查找E_t -E_i 为最大值时对应的指向角度（φ_m，θ_m），计算指向角度（φ_m，θ_m）与精确测量出的辅助天线的指向角度（φ_t，θ_t）的角度差得到待测的多波束相控阵天线的波束指向精度。

本实施例通过比较三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i）中E_t -E_i 为最大值时对应的指向角度（φ_m，θ_m）与精确测量出的辅助天线的指向角度（φ_t，θ_t）的角度差，即可得到待测的多波束相控阵天线的波束指向精度。理论上多波束相控阵天线的最大电平增益方位为所设置的波束指向方位，但由于实际设计和硬件实现等因素，会使得最大电平增益方位发生小范围偏移，其偏移的角度即为波束指向精度。根据此原理，本实施例中，保持测试信号来向方位为（φ_t，θ_t）固定不动，此方位即为理论上的最大电平增益方位，再结合实际测量的最大电平增益方位（φ_m，θ_m），得出波束指向精度。本发明的波束指向精度测量方法依据多波束相控阵天线波束指向精度原理设计，可操作性强、测量精度高、结果可靠。

优选地，如图5所示，所述步骤S7具体包括步骤：

S711、根据所述三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i）建立三维坐标系，并将对应数据点描出，在描出的图形中，以辅助天线的指向角度（φ_t，θ_t）为基准，以天线3dB带宽宽度为半径确定主波束覆盖范围，则在主波束覆盖范围之外所测量的最大E_t -E_i值，即为待测的多波束相控阵天线的副瓣电平。

本实施例基于三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i）、辅助天线的指向角度（φ_t，θ_t）、最大E_t-E_i值确定待测的多波束相控阵天线的副瓣电平。在天线方向图中，主波束覆盖范围之外的最高电平增益为副瓣电平。本发明中，控制待测多波束相控阵天线的波束遍历扫描，即控制天线的主波束遍历扫描，此时，由于所播发的测试信号的来向保持不变，则主波束与测试信号的夹角随着主波束的变化而变化，测试方法等效于遍历扫描了主波束及主波束覆盖范围之外所有角度的天线电平增益，所测量的主波束覆盖范围之外的最大E_t -E_i值，即等效为待测多波束相控阵天线的副瓣电平。本实施例以测试信号来向不变、控制天线主波束遍历扫描的方法测量天线的副瓣电平性能参数，测试过程中不需要辅助天线、待测多波束相控阵天线进行机械移动，不需要测量天线方向图，解决大型相控阵天线副瓣电平性能参数的测量问题，系统实现简单、成本低、测量精度高、结果可靠。

优选地，步骤S6中，在对多波束相控阵天线波束指向精度性能参数测量时，根据多波束相控阵天线波束指向误差基本很小，可能在1°以下的特性，设定方位角φ、俯仰角θ的取值范围分别为φ_t±3°、θ_t±3°；同时根据波束指向精度测量结果精度要求和多波束相控阵天线可以设置的最小角度步进情况，设定方位角φ的步进量Δφ、俯仰角θ的步进量Δθ均为0.02°~0.1°，精确测量出波束指向精度指标的同时减少数据采集量，节省测量时间。

优选地，所述步骤S6中，在对多波束相控阵天线副瓣电平性能参数测量时，根据此方法下多波束相控阵天线副瓣出现位置不可预测的特性，设定方位角φ的取值范围为0°~360°、俯仰角θ的取值范围为0°~90°；同时根据副瓣电平测量结果精度要求，设定方位角φ的步进量Δφ、俯仰角θ的步进量Δθ均为1°~3°，对多波束相控阵天线进行全区域覆盖扫描的同时减少数据采集量，保证副瓣电平测量结果的可靠性。

优选地，如图6所示，所述步骤S6具体包括步骤:

S61、设置方位角φ的取值范围为[φ₀，φ₁]，俯仰角θ的取值范围为[θ₀，θ₁]，方位角φ的步进量为△φ，俯仰角θ的步进量为△θ；

S62、控制信号播发子系统开始播发测试信号、控制待测的多波束相控阵天线生成1个波束的信号，该波束的指向角度为（φ₀，θ₀）；

S63、实时调整信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，直至信号测量子系统测量的参数信息为P时，记录当前信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，记为E₀，将测量的三维数据列（φ₀，θ₀，E_t -E₀）进行保存；

S64、控制待测的多波束相控阵天线生成波束的俯仰角θ不变，根据方位角扫描步进量△φ方位角φ，且每步进改变一次波束的方位角φ后，重复执行一次步骤S63，直至方位角φ等于φ₁；

S65、根据俯仰角扫描步进量△θ，不断步进改变待测的多波束相控阵天线生成波束的俯仰角θ，所述俯仰角θ每步进改变一次，则重复一次步骤S64，直至俯仰角θ等于θ₁，最终测得整个方位角、俯仰角度取值范围内的所有三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i），i为采集的数据个数。

本实施例在遍历方位角φ和俯仰角θ的取值范围控制待测的多波束相控阵天线生成波束的信号时，采用了先保持俯仰角θ不变、方位角φ根据步进量△φ在其取值范围内步进改变的方式，待到方位角φ遍历了其取值范围内的所有取值后，再使俯仰角θ按步进量△θ在其取值范围内步进改变后，再重复前述步骤，以此类推，从而获得最终测得整个方位角、俯仰角度取值范围内的所有三维数据列（φ_i，θ_i，E_t -E_i）。这种有规律的遍历方式相比随机遍历方式的好处是，有规律的遍历时波束指向的改变角度小，多波束相控阵天线的电平增益变化小并且相对平滑，从而为保持信号测量子系统测量的参数信息为恒定P时，只需在相对小的范围内平滑调整信号播发子系统所播发的信号电平大小，减少迭代次数，节省测量时间。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多波束相控阵天线性能参数测试方法，基于多波束相控阵天线性能参数测试系统，所述多波束相控阵天线性能参数测试系统包括：

信号播发子系统，包括信号生成设备、辅助天线、天线支架，所述信号生成设备用于按设定频率、调制方式和电平大小生成测试信号，所述辅助天线设置在所述天线支架上，用于将生成的所述测试信号朝向设定的方向播发出去，其中，所述辅助天线的相位中心对准待测的多波束相控阵天线的相位中心，所述辅助天线和待测的多波束相控阵天线之间的距离满足最小远场测试距离条件；

信号测量子系统，包括信号接收设备，与待测的多波束相控阵天线电路连接，用于接收和测量待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息，所述参数信息包括信号功率、载噪比；

控制子系统，包括自动化测试设备，分别与信号生成设备、信号接收设备和待测的多波束相控阵天线电路连接，用于控制信号播发子系统的播发信号的频率、调制方式和电平大小；控制待测的多波束相控阵天线进行信号的接收转发和波束指向；设置信号测量子系统的测量参数、读取信号测量子系统接收和测量的待测的多波束相控阵天线的输出信号的参数信息；以及自动存储、分析测量数据，生成多波束相控阵天线性能参数测试结果，包括波束指向精度和副瓣电平；若待测的多波束相控阵天线的输出为数字多波束信号时，所述子系统还包括数字多波束信号处理设备，所述数字多波束信号处理设备电路连接设置在信号接收设备和待测的多波束相控阵天线输出端之间，用于将待测的多波束相控阵天线输出的数字多波束信号先转换为射频测试信号；所述待测的多波束相控阵天线的形态包括球形、矩形、平面阵、多面阵；其特征在于，包括步骤：

S1、设置信号播发子系统的测试信号的频率、调制方式、电平大小，开始向待测的多波束相控阵天线播发测试信号，记录所播发测试信号电平大小为E_t；

S2、以待测的多波束相控阵天线相位中心为坐标原点建立三维笛卡尔坐标系，所述三维笛卡尔坐标系的X轴指向正东方、Y轴指向正北方，Z轴指向对天方位，方位角φ为方向矢量在XY平面的投影与Y轴的夹角，俯仰角θ为方向矢量和XY平面的夹角；

S3、精确测量辅助天线在所述三维笛卡尔坐标系中的指向角度(φ_t，θ_t)；

S4、控制待测的多波束相控阵天线生成1个波束的信号，该波束指向角度为(φ_t，θ_t)；

S5、控制信号接收设备接收和测量待测的多波束相控阵天线输出信号的参数信息记为P，并记录测量的基准三维数据列(φ_t，θ_t，E_t-E_t)；

S6、控制信号播发子系统开始播发测试信号，按照方位角φ和俯仰角θ在各自的取值范围内按各自的步进量得到的所有方位角φ和俯仰角θ取值两两组合后得到的所有指向角度(φ_i，θ_i)，待测的多波束相控阵天线按照所有指向角度(φ_i，θ_i)依次生成波束信号，且每生成1个波束信号，均实时调整信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，直至信号测量子系统测量的参数信息为P时，则记录当前信号播发子系统播发的测试信号的电平大小为E_i，最终得到所有指向角度(φ_i，θ_i)范围内的三维数据列(φ_i，θ_i，E_t-E_i)，i为采集的数据个数；

S7、根据辅助天线在所述三维笛卡尔坐标系中的指向角度(φ_t，θ_t)和所述三维数据列(φ_i，θ_i，E_t-E_i)计算得到待测的多波束相控阵天线性能参数测试结果，包括波束指向精度和副瓣电平，无需测量天线方向图；

所述步骤S7具体包括步骤：

S701、从所述三维数据列(φ_i，θ_i，E_t-E_i)中查找E_t-E_i为最大值时对应的指向角度(φ_m，θ_m)，计算指向角度(φ_m，θ_m)与精确测量出的辅助天线的指向角度(φ_t，θ_t)的角度差得到待测的多波束相控阵天线的波束指向精度；

S711、根据所述三维数据列(φ_i，θ_i，E_t-E_i)建立三维坐标系，并将对应数据点描出，在描出的图形中，以辅助天线的指向角度(φ_t，θ_t)为基准，以天线3dB带宽宽度为半径确定主波束覆盖范围，则在主波束覆盖范围之外所测量的最大E_t-E_i值，即为待测的多波束相控阵天线的副瓣电平。

2.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线性能参数测试方法，其特征在于，所述调制方式包括单载波信号、数字调制信号、符合标准空间信号接口控制文件规范的卫星导航信号。

3.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线性能参数测试方法，其特征在于，步骤S6中，若对多波束相控阵天线波束指向精度测试时，设定方位角φ、俯仰角θ的取值范围分别为φ_t±3°、θ_t±3°；方位角φ的步进量Δφ、俯仰角θ的步进量Δθ均为0.02°～0.1°。

4.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线性能参数测试方法，其特征在于，步骤S6中，在对多波束相控阵天线副瓣电平测试时，设定方位角φ的取值范围为0°～360°、俯仰角θ的取值范围为0°～90°；设定方位角φ的步进量Δφ、俯仰角θ的步进量Δθ均为1°～3°。

5.根据权利要求1所述的多波束相控阵天线性能参数测试方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括步骤:

S61、设置方位角φ的取值范围为[φ₀，φ₁]，俯仰角θ的取值范围为[θ₀，θ₁]，方位角φ的步进量为△φ，俯仰角θ的步进量为△θ；

S62、控制信号播发子系统开始播发测试信号、控制待测的多波束相控阵天线生成1个波束的信号，该波束的指向角度为(φ₀，θ₀)；

S63、实时调整信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，直至信号测量子系统测量的参数信息为P时，记录当前信号播发子系统播发的测试信号的电平大小，记为E₀，将测量的三维数据列(φ₀，θ₀，E_t-E₀)进行保存；

S64、控制待测的多波束相控阵天线生成波束的俯仰角θ不变，根据方位角扫描步进量△φ改变方位角φ，且每步进改变一次波束的方位角φ后，重复执行一次步骤S63，直至方位角φ等于φ₁；

S65、根据俯仰角扫描步进量△θ，不断步进改变待测的多波束相控阵天线生成波束的俯仰角θ，所述俯仰角θ每步进改变一次，则重复一次步骤S64，直至俯仰角θ等于θ₁，最终测得整个方位角、俯仰角度取值范围内的所有三维数据列(φ_i，θ_i，E_t-E_i)，i为采集的数据个数。