CN117970260A - 基于二次雷达有源阵列天线的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，涉及天线测试领域，方法包括：通过采样探头依次正对于二次雷达有源阵列天线的N个天线阵子，以采集每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第一询问信号，通过二次雷达应答模拟器接收第一询问信号；同时，通过二次雷达应答模拟器对第一询问信号，以第二频率值进行应答，获得第一应答信号，并通过二次雷达有源阵列天线接收每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第一应答信号；终端根据第一询问信号的幅度相位数据和第一应答信号的幅度相位数据，分别计算出二次雷达有源阵列天线的发射补偿值和接收补偿值，并依据发射补偿值和接收补偿值将二次雷达有源阵列天线的幅度相位校准至等幅同相。

Description

基于二次雷达有源阵列天线的测试方法

技术领域

本发明涉及天线测试领域，更具体地说，它涉及基于二次雷达有源阵列天线的测试方法。

背景技术

二次雷达系统能够对作用空域的飞行目标进行监测，能够提供目标的代码、高度等信息，并能够精准地探测目标的空间位置，作为空中交通管制的重要手段使用，广泛应用于军民航机场的进近管制、空域监视、航路监视、空域态势管控、空中交通管制、飞行训练保障等场景。随着电子技术的高速发展，雷达系统中逐步采用集成化设计理念，中大型相控阵二次雷达所采用的天线阵列、收发通道和收发处理组件数量逐渐增加，相控阵雷达中对收发通道和收发组件的幅度和相位特性要求较高。

现有技术的测试方法，需要在天线阵列及收发组件安装前，在暗室环境搭建测试平台，对天线阵列、收发通道、收发组件和附件先进行发射的幅相特性测试，再进行接收的福相特性测试，得到固定补偿数据并固化，天线阵列、收发组件和附件安装完成后，在日常使用、故障排查、定期检查、设备检修过程中，都会造成相控阵天线的收发通道的幅度相位特性发生变化，尤其是收发通道、收发组件更换后，这种幅度相位特性变化更为明显，引起合成后的波束指向偏移、波束形状改变(包括但不限于增益降低、波束变宽、副瓣抬升、旁瓣穿刺、局部出现凹坑)等问题，使得测试效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，本发明在暗室环境下可以快速完成二次雷达有源阵列天线的校准以及天线方向图的测试，提高了二次雷达有源阵列天线暗室环境的测试效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明的第一方面，提供了一种基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，测试方法包括：

通过采样探头依次正对于二次雷达有源阵列天线的N个天线阵子，以采集每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第一询问信号，通过二次雷达应答模拟器接收第一询问信号，其中N为正整数；

同时，通过二次雷达应答模拟器对每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第一询问信号，以第二频率值进行应答，获得每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第一应答信号，并通过二次雷达有源阵列天线接收每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第一应答信号；

终端根据第一频率值的第一询问信号的幅度相位数据和第二频率值的第一应答信号的幅度相位数据，分别计算出二次雷达有源阵列天线的发射补偿值和接收补偿值，并依据发射补偿值和接收补偿值将二次雷达有源阵列天线的幅度相位校准至等幅同相。

在一种实现方式中，所述测试方法还包括：

将等幅同相状态的二次雷达有源阵列天线，按照天线近场数据采集的采集需求进行调校，以改变天线方向图的参数；

通过调校后的二次雷达有源阵列天线发出多个频率为第一频率值的第二询问信号，通过二次雷达应答模拟器接收第二询问信号，通过终端存储每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第二询问信号；

同时，通过二次雷达应答模拟器对频率为第一频率值的第二询问信号，以第二频率值进行应答，获得每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第二应答信号，并通过二次雷达有源阵列天线接收每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第二应答信号；

终端分别对第一频率值的第二询问信号和第二频率值的第二应答信号的幅度相位数据进行处理，分别获得二次雷达有源阵列天线的发射方向图和二次雷达有源阵列天线的接收方向图。

在一种实现方式中，所述测试方法还包括：

通过二次雷达应答模拟器提取第一询问信号和第二询问信号的幅度相位数据存储至终端；

通过二次雷达有源阵列天线对第一应答信号进行处理，获得处理后的第一应答信号，提取处理后的第一应答信号的幅度相位数据，存储至终端；

通过调校后的二次雷达有源阵列天线对第二应答信号进行处理，获得处理后的第二应答信号，提取处理后的第二应答信号的幅度相位数据，存储至终端。

在一种实现方式中，所述第一频率值与第二频率值不相等。

在一种实现方式中，所述第一频率值为1030MHz。

在一种实现方式中，所述第二频率值为1090MHz。

在一种实现方式中，所述测试方法应用于一种基于二次雷达有源阵列天线的测试装置，所述测试装置被配置于暗室环境内，所述测试装置包括采样探头、二次雷达应答模拟器、二次雷达有源阵列天线以及终端；

所述二次雷达有源阵列天线包括N个天线阵子，其中N为正整数；

所述采样探头正对于二次雷达有源阵列天线的每个天线阵子，所述采样探头、二次雷达应答模拟器和终端依次连接，所述二次雷达有源阵列天线与终端连接。

在一种实现方式中，所述采样探头安装在所述暗室环境的信号采样架上，所述信号采样架控制所述采样探头的移位距离等于二次雷达有源阵列天线的天线阵子的间隔距离。

在一种实现方式中，所述采样探头为喇叭天线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，利用二次雷达应答模拟器发射和接收频点不一致的特性，将发射和接收的天线测试融合，缩短天线测试周期，比传统二次雷达有源阵列天线的测试方法所用时间更少，提高天线阵列测试的效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的基于二次雷达有源阵列天线的测试装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的二次雷达有源阵列天线幅相的校准示意图；

图4示出了本发明实施例提供的二次雷达有源阵列天线近场数据的采集示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、采样探头；2、二次雷达应答模拟器；3、二次雷达有源阵列天线；4、终端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

需说明的是，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本申请的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，诸如术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参考图1，图1示出了本发明实施例提供的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法的流程示意图，如图1所示，测试方法包括：

S110，通过采样探头1依次正对于二次雷达有源阵列天线3的N个天线阵子，以采集每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第一询问信号，通过二次雷达应答模拟器2接收第一询问信号，其中N为正整数；

S120，同时，通过二次雷达应答模拟器2对每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第一询问信号，以第二频率值进行应答，获得每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第一应答信号，并通过二次雷达有源阵列天线3接收每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第一应答信号；

S130，终端4根据第一频率值的第一询问信号的幅度相位数据和第二频率值的第一应答信号的幅度相位数据，分别计算出二次雷达有源阵列天线3的发射补偿值和接收补偿值，并依据发射补偿值和接收补偿值将二次雷达有源阵列天线3的幅度相位校准至等幅同相。

可以理解的是，在对二次雷达有源阵列天线3进行校准和测试之前，应该首先搭建测试装置，即利用暗室低噪环境及其采样架搭建测试装置，如图2所示，图2示出了本发明实施例提供的一种基于二次雷达有源阵列天线3的测试装置的结构示意图，所述测试装置被配置于暗室环境内，所述测试装置包括采样探头1、二次雷达应答模拟器2、二次雷达有源阵列天线3以及终端4；所述二次雷达有源阵列天线3包括N个天线阵子，其中N为正整数；所述采样探头1正对于二次雷达有源阵列天线3的每个天线阵子，所述采样探头1、二次雷达应答模拟器2和终端4依次连接，所述二次雷达有源阵列天线3与终端4连接。可选地，所述采样探头1安装在所述暗室环境的信号采样架上，所述信号采样架控制所述采样探头1的移位距离等于二次雷达有源阵列天线3的天线阵子的间隔距离。可选地，所述采样探头1为喇叭天线。

需要说明的是，暗室测试环境是用于提供低噪环境，并且含有控制端，以控制采样探头1在信号采样架上移动，信号采样架的作用是移动采样并提供位置触发信号，从而使得采样探头1采集二次雷达有源阵列天线3的每个天线阵子发出的询问信号。其次，采样探头1、二次雷达应答模拟器2、二次雷达有源阵列天线3以及终端4之间通过成套通信线缆连接，实现射频信号和离散信号的传输。二次雷达有源阵列天线3具备通用二次雷达询问功能，二次雷达应答模拟器2是接收通用询问信号，输出通用应答信号的。二次雷达应答模拟器2是现有构件，具体组成构造及工作原理，可参见四川九洲空管科技有限责任公司已经公开的现有专利文献CN202330707U，故此，本实施例不做具体的描述。

本实施例中，不同于相控阵天线的通用测试方法，本方法将采样探头1接入二次雷达应答模拟器2进行天线测试。当二次雷达有源阵列天线3发出频率为1030MHz的询问信号时，采样探头1将该信号传输至二次雷达应答模拟器2，进而由二次雷达应答模拟器2提取询问信号的幅度相位，并存储至终端4以备后续处理的校准或测试；二次雷达应答模拟器2在将1030MHz的询问信号进行存储，同时会以频率1090MHz对询问信号进行应答，二次雷达有源阵列天线3接收到应答信号后经过相控阵加权、波束合成等处理后将该应答信号的幅度相位，存储至终端4。

具体而言，采样探头1依次正对二次雷达有源阵列天线3的每一个天线阵子并记录相应幅相数据，如图3所示，例如当采样探头1处于第一个天线阵子时，由该第一个天线阵子发射频率为1030MHz的第一询问信号，并由二次雷达应答模拟器2接收后记录在终端4；同时二次雷达应答模拟器2对第一询问信号以频率为1090MHz进行应答，得到第一应答信号，第一应答信号由二次雷达有源阵列天线3接收后记录存储在终端4，重复此过程直到阵列天线的每个天线阵子的数据都采集完毕。利用存储在终端4的频率为1030MHz的第一询问信号和频率为1090MHz的第二应答信号的幅相数据，分别计算出二次雷达有源阵列天线3的发射和接收校准补偿值，然后将有源阵列天线的幅相补偿至等幅同相。

本实施例中，二次雷达有源阵列天线3在工作时发射1030MHz的询问信号，当二次雷达应答模拟器2接收到1030MHz的第一询问信号后，通过1090MHz对询问信号进行处理，发送第一应答信号，二次雷达有源阵列天线3在接收到1090MHz的第一应答信号后，利用终端4的数据处理得出距离、方位等信息。因此，本发明实施例提供的测试方法，利用了二次雷达的工作原理，根据二次雷达有源阵列天线3发射和接收频点不一致的特性提出新的测试方法，使校准的过程时间减半，提高了测试过程的天线校准效率。因此，本发明实施例叙述的第一频率值和第二频率值是不相等的，可以理解的是，除去1030MHz和1090MHz，还是可以是别的频率值，本实施例不做多余的实例描述。

在一些实施例中，针对天线方向图的测试，为了解决现有技术天线方向图的测试效率较低的问题，所述测试方法还包括：将等幅同相状态的二次雷达有源阵列天线3，按照天线近场数据采集的采集需求进行调校，以改变天线方向图的参数；通过调校后的二次雷达有源阵列天线3发出多个频率为第一频率值的第二询问信号，通过二次雷达应答模拟器2接收第二询问信号，通过终端4存储每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第二询问信号；同时，通过二次雷达应答模拟器2对频率为第一频率值的第二询问信号，以第二频率值进行应答，获得每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第二应答信号，并通过二次雷达有源阵列天线3接收每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第二应答信号；终端4分别对第一频率值的第二询问信号和第二频率值的第二应答信号的幅度相位数据进行处理，分别获得二次雷达有源阵列天线3的发射方向图和二次雷达有源阵列天线3的接收方向图。

具体而言，如图4所示，将校准后的“被测二次雷达有源阵列”按照用户使用需求进行加权以操控方向图的指向、副瓣高度等。然后由该有源阵列发出1030MHz的询问信号并由“应答模拟器”接收后记录在“数据记录及控制终端4”，同时“应答模拟器”对该询问信号以1090MHz频率进行应答并由“被测二次雷达有源阵列”接收后记录在“数据记录及控制终端4”。重复此过程，直到完成该有源阵列天线的近场数据采集。

本发明实施例中，将经过幅相校准后的二次雷达有源阵列天线3在工作时发射1030MHz的第二询问信号，当二次雷达应答模拟器2接收到1030MHz的第二询问信号后，通过1090MHz进行应答，输出第二应答信号，二次雷达有源阵列天线3在接收到1090MHz的第二应答信号后，利用终端4的数据处理得出二次雷达有源阵列天线3的距离、方位等信息。利用了二次雷达的工作原理，根据二次雷达有源阵列天线3发射和接收频点不一致的特性提出新的测试方法，使天线方向图的过程时间减半，提高了测试过程的天线方向图的测试效率。因此，本发明实施例叙述的第一频率值和第二频率值是不相等的，可以理解的是，除去1030MHz和1090MHz，还是可以是别的频率值，本实施例不做多余的实例描述。

在一种实现方式中，所述测试方法还包括：通过二次雷达应答模拟器2提取第一询问信号和第二询问信号的幅度相位数据存储至终端4；通过二次雷达有源阵列天线3对第一应答信号进行处理，获得处理后的第一应答信号，提取处理后的第一应答信号的幅度相位数据，存储至终端4；通过调校后的二次雷达有源阵列天线3对第二应答信号进行处理，获得处理后的第二应答信号，提取处理后的第二应答信号的幅度相位数据，存储至终端4。

本实施例中，终端4可以是台式计算机、服务器、笔记本电脑等。

针对第一/第二询问信号和第一/第二应答信号的幅度相位数据的提取，是本领域的常规技术手段，例如，使用快速傅里叶变换(FFT)，FFT是一种高效的计算离散傅里叶变换(DFT)及其反变换的算法，广泛应用于数字信号处理领域。对于波形信号的FFT分析，例如在LabVIEW环境中，提供了FFT频谱(幅度-相位)和FFT频谱(实部-虚部)两个工具。这两个工具的主要区别在于返回的数据类型，一个返回幅度和相位，另一个返回实部和虚部。通过这两个工具，我们可以轻松地提取出询问信号和应答信号的幅度和相位数据。此外，还可以通过计算短时平均幅度差来获取信号的幅度信息。这种方法的基本思想是取一帧信号，然后对每个样点的幅度与其周围样点的幅度做差，最后将所有这些差值累加起来，得到的结果就是短时平均幅度差。总的来说，提取询问信号和应答信号的幅度和相位数据需要依赖于一些复杂的数字信号处理技术，但通过合理的设计和编程，即可完成这一任务。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，其特征在于，测试方法包括：

通过采样探头依次正对于二次雷达有源阵列天线的N个天线阵子，以采集每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第一询问信号，通过二次雷达应答模拟器接收第一询问信号，其中N为正整数；

同时，通过二次雷达应答模拟器对每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第一询问信号，以第二频率值进行应答，获得每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第一应答信号，并通过二次雷达有源阵列天线接收每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第一应答信号；

终端根据第一频率值的第一询问信号的幅度相位数据和第二频率值的第一应答信号的幅度相位数据，分别计算出二次雷达有源阵列天线的发射补偿值和接收补偿值，并依据发射补偿值和接收补偿值将二次雷达有源阵列天线的幅度相位校准至等幅同相。

2.根据权利要求1所述的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：

将等幅同相状态的二次雷达有源阵列天线，按照天线近场数据采集的采集需求进行调校，以改变天线方向图的参数；

通过调校后的二次雷达有源阵列天线发出多个频率为第一频率值的第二询问信号，通过二次雷达应答模拟器接收第二询问信号，通过终端存储每一个天线阵子发射的频率为第一频率值的第二询问信号；

同时，通过二次雷达应答模拟器对频率为第一频率值的第二询问信号，以第二频率值进行应答，获得每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第二应答信号，并通过二次雷达有源阵列天线接收每一个天线阵子对应的频率为第二频率值的第二应答信号；

终端分别对第一频率值的第二询问信号和第二频率值的第二应答信号的幅度相位数据进行处理，分别获得二次雷达有源阵列天线的发射方向图和二次雷达有源阵列天线的接收方向图。

3.根据权利要求2所述的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：

通过二次雷达应答模拟器提取第一询问信号和第二询问信号的幅度相位数据存储至终端；

通过二次雷达有源阵列天线对第一应答信号进行处理，获得处理后的第一应答信号，提取处理后的第一应答信号的幅度相位数据，存储至终端；

通过调校后的二次雷达有源阵列天线对第二应答信号进行处理，获得处理后的第二应答信号，提取处理后的第二应答信号的幅度相位数据，存储至终端。

4.根据权利要求2所述的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，其特征在于，所述第一频率值与第二频率值不相等。

5.根据权利要求4所述的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，其特征在于，所述第一频率值为1030MHz。

6.根据权利要求4所述的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，其特征在于，所述第二频率值为1090MHz。

7.根据权利要求1所述的基于二次雷达有源阵列天线的测试方法，其特征在于，所述测试方法应用于一种基于二次雷达有源阵列天线的测试装置，所述测试装置被配置于暗室环境内，所述测试装置包括采样探头、二次雷达应答模拟器、二次雷达有源阵列天线以及终端；

所述二次雷达有源阵列天线包括N个天线阵子，其中N为正整数；

所述采样探头正对于二次雷达有源阵列天线的每个天线阵子，所述采样探头、二次雷达应答模拟器和终端依次连接，所述二次雷达有源阵列天线与终端连接。

8.根据权利要求7所述的基于二次雷达有源数字阵列天线的测试方法，其特征在于，所述采样探头安装在所述暗室环境的信号采样架上，所述信号采样架控制所述采样探头的移位距离等于二次雷达有源阵列天线的天线阵子的间隔距离。

9.根据权利要求8所述的基于二次雷达有源数字阵列天线的测试方法，其特征在于，所述采样探头为喇叭天线。