基于多頻點多波束的相控陣?yán)走_(dá)天線接收測量方法

摘 要

相控陣?yán)走_(dá)天線工作頻點多、波束指向角度多，天線的暗室測試工作量大。傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)天線測試方法采用固定頻點固定波束天線測試方法，測試效率低、周期長。本文提出多頻點多波束的相控陣?yán)走_(dá)天線接收測量方法可大幅度提高天線測試的速度、縮短天線測試周期。

【關(guān)鍵詞】相控陣?yán)走_(dá) 天線測試 多頻點 多波束

相控陣?yán)走_(dá)天線接收測試主要進行天線的接收和通道增益、接收和通道波束寬度、接收和通道副瓣水平、接收差通道零深和接收差通道零深零位等指標(biāo)的校正和測試。這些指標(biāo)影響到雷達(dá)的威力范圍和雷達(dá)角度探測的精度，因此進行相控陣?yán)走_(dá)天線的校正和測試十分重要。目前，常用的相控陣?yán)走_(dá)天線測試方法是固定波束和固定頻點的暗室近場測試方法。由于相控陣?yán)走_(dá)天線波束指向多、工作頻點多，采用固定波束和固定頻點的暗室近場測試方法測試工作量大、效率比較低。本文分析固定波束和固定頻點的暗室近場天線接收測量方法存在的問題，提出高效的多波束和多頻點的暗室近場天線接收測量方法，大幅度提高相控陣?yán)走_(dá)天線的暗室近場測試效率。

1 傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)天線接收測量方法

目前，相控陣?yán)走_(dá)天線接收測試采用單頻點單波束近場反演測試方法，測試方案具體如下：

相控陣?yán)走_(dá)天線陣的和通道和差通道按圖1引出來，在雷達(dá)接收校正測試模式時，和、差通道的連接開關(guān)與雷達(dá)系統(tǒng)連接，開展雷達(dá)的接收校正；在雷達(dá)接收測試模式時，和、差通道的連接開關(guān)與天線測試系統(tǒng)連接，開展雷達(dá)的接收暗室測試。脈沖發(fā)生器利用雷達(dá)的工作時序調(diào)節(jié)脈沖信號，作為暗室測試的數(shù)據(jù)采集同步信號。

假設(shè)相控陣?yán)走_(dá)工作模式控制時序負(fù)脈沖信號的重頻為500Hz，脈寬80us，每個波束10個脈沖。暗室天線測試時，利用脈沖發(fā)生器把雷達(dá)系統(tǒng)送過來的工作模式時序負(fù)脈沖信號轉(zhuǎn)換成正脈沖，展寬和延遲，作為暗室測試系統(tǒng)的采樣同步信號。此外，傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)天線接收測量方法在測試前設(shè)置好固定頻點和固定波束信息，如圖2所示，即可進去接收校正和測試環(huán)節(jié)。

2 相控陣?yán)走_(dá)天線單頻點單波束測量數(shù)據(jù)冗余分析

相控陣?yán)走_(dá)天線單頻點單波束測量方法的天線掃描速度0.25m/s，相控陣?yán)走_(dá)天線陣掃描范圍為5m×1m，天線測試掃描一次需要1000s。采用傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)天線接收測量方法進行一個頻點和一個波束的天線接收測試需要花1000s時間。由于相控陣?yán)走_(dá)工作頻點數(shù)量多、波束多，因此采用傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)天線接收測量方法測試周期長。

假設(shè)T/R間隔0.05m，在單個T/R單行的測試時間為0.2s。根據(jù)雷達(dá)工作模式控制時序的重復(fù)頻率為1000，計算得在單個T/R單元單行的采樣100個脈沖接收測試數(shù)據(jù)。然而，暗室測試只需要單個T/R單元單行采樣4個數(shù)據(jù)即可，數(shù)據(jù)冗余量大，即測試96%時間產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)。

3 相控陣?yán)走_(dá)天線多頻點多波束接收測試方法

根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)天線單頻點單波束測量方法的數(shù)據(jù)冗余分析結(jié)果，如果設(shè)計好相控陣系統(tǒng)的暗室測試時序和控制信息，最高可以將相控陣?yán)走_(dá)天線的暗室測試效率提高25倍。

3.1 多頻點多波束接收測量方法時序設(shè)計

由于相控陣系統(tǒng)在空海模式下，每個波束包含10個脈沖。單個T/R單元單行單頻點單波束的采樣點取5個，滿足暗室測試要求。天線掃描速度還是0.25m/s，這樣天線在單個T/R單元單行采樣的脈沖數(shù)量為100個脈沖。進行天線在單個T/R單元單行采樣奇跡的時序設(shè)計和控制信息設(shè)計，如圖3所示，可以一遍掃描實現(xiàn)2頻點10波束測試。本文把該方法定義為相控陣?yán)走_(dá)天線多頻點多波束接收測量方法。因此，采用相控陣?yán)走_(dá)天線多頻點多波束接收測量方法，天線大范圍掃描一次，占用時間1000s，實現(xiàn)2頻點10波束相控陣天線接收測量，天線測量效率為傳統(tǒng)單頻點單波束接收測量方法的20倍。

3.2 相控陣?yán)走_(dá)天線多頻點多波束接收測量實現(xiàn)流程

相控陣?yán)走_(dá)天線多頻點多波束接收測量操作流程如圖4所示，具體如下：

3.2.1 完成2頻點10波束天線等權(quán)校正測試

步驟一、雷達(dá)天線測試開始，在雷達(dá)操作臺上進行測試頻點信息和波束信息設(shè)置；

步驟二、加載原始耦合度文件生成，形成幅度為1，相位為0的原始耦合度（101×21矩陣）文件；

步驟三、進行2頻點和10波束的接收校正，依照幅度和相位的一致性進行校正合格判定；如不合格再次點擊更新校正數(shù)據(jù)，直到合格 （注：一般點擊2-4次即可） ；合格后保存校正數(shù)據(jù)；

步驟五、進行2頻點和10波束的等權(quán)接收測試，進行等權(quán)接收測試的合格判定；如果不合格則將測試結(jié)果導(dǎo)入暗室測控計算機，暗室測控計算機進行耦合度補償值計算并把把補償值導(dǎo)入校正計算機進行耦合度補償；重復(fù)步驟一到步驟五進行第二次等權(quán)校正和測試，直到測試結(jié)果滿足等權(quán)校正測試判定，完成2頻點和10波束的等權(quán)接收校正測試；

3.2.2 完成2頻點10波束天線加權(quán)校正測試

步驟六、在暗室測控計算機上進行加權(quán)耦合度文件生成，加權(quán)耦合度（101×21矩陣）文件，將加權(quán)耦合度文件傳至校正計算機；

步驟七、進行2頻點和10波束的加權(quán)接收校正，依照天線波瓣要求和相位的一致性進行校正合格判定；如不合格再次點擊更新校正數(shù)據(jù)，直到合格 （注：一般點擊2-4次即可）；合格后保存校正數(shù)據(jù)；

步驟八、進行2頻點10波束的加權(quán)校正測試和合格判定，如果合格則完成接收測試；如果不合格則將測試結(jié)果導(dǎo)入暗室測控計算機，暗室測控計算機進行耦合度補償值計算并把把補償值導(dǎo)入校正計算機進行耦合度補償；重復(fù)步驟一至步驟七，進行第二次加權(quán)校正和測試，直到測試結(jié)果滿足天線波瓣要求和相位的一致性。

4 總結(jié)

本文提出雷達(dá)相控陣天線多頻點多波束接收測量方法，進行了該測量方法的時序設(shè)計和實現(xiàn)流程設(shè)計，將雷達(dá)相控陣天線固定頻點固定波束接收測量方法的效率提高20倍。

參考文獻

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作者簡介

張敏（1981-），男，博士，高級工程師。2012年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)。研究方向為雷達(dá)和電抗系統(tǒng)設(shè)計。

作者單位

江蘇金陵機械制造總廠 江蘇省南京市 211106endprint