基于多頻點(diǎn)多波束的相控陣?yán)走_(dá)天線接收測(cè)量方法

摘 要

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

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

相控陣?yán)走_(dá)天線接收測(cè)試主要進(jìn)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(cè)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(cè)的精度，因此進(jìn)行相控陣?yán)走_(dá)天線的校正和測(cè)試十分重要。目前，常用的相控陣?yán)走_(dá)天線測(cè)試方法是固定波束和固定頻點(diǎn)的暗室近場(chǎng)測(cè)試方法。由于相控陣?yán)走_(dá)天線波束指向多、工作頻點(diǎn)多，采用固定波束和固定頻點(diǎn)的暗室近場(chǎng)測(cè)試方法測(cè)試工作量大、效率比較低。本文分析固定波束和固定頻點(diǎn)的暗室近場(chǎng)天線接收測(cè)量方法存在的問(wèn)題，提出高效的多波束和多頻點(diǎn)的暗室近場(chǎng)天線接收測(cè)量方法，大幅度提高相控陣?yán)走_(dá)天線的暗室近場(chǎng)測(cè)試效率。

1 傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)天線接收測(cè)量方法

目前，相控陣?yán)走_(dá)天線接收測(cè)試采用單頻點(diǎn)單波束近場(chǎng)反演測(cè)試方法，測(cè)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(lái)，在雷達(dá)接收校正測(cè)試模式時(shí)，和、差通道的連接開(kāi)關(guān)與雷達(dá)系統(tǒng)連接，開(kāi)展雷達(dá)的接收校正；在雷達(dá)接收測(cè)試模式時(shí)，和、差通道的連接開(kāi)關(guān)與天線測(cè)試系統(tǒng)連接，開(kāi)展雷達(dá)的接收暗室測(cè)試。脈沖發(fā)生器利用雷達(dá)的工作時(shí)序調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)，作為暗室測(cè)試的數(shù)據(jù)采集同步信號(hào)。

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

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

相控陣?yán)走_(dá)天線單頻點(diǎn)單波束測(cè)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(cè)試掃描一次需要1000s。采用傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)天線接收測(cè)量方法進(jìn)行一個(gè)頻點(diǎn)和一個(gè)波束的天線接收測(cè)試需要花1000s時(shí)間。由于相控陣?yán)走_(dá)工作頻點(diǎn)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(cè)量方法測(cè)試周期長(zhǎng)。

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

3 相控陣?yán)走_(dá)天線多頻點(diǎn)多波束接收測(cè)試方法

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

3.1 多頻點(diǎn)多波束接收測(cè)量方法時(shí)序設(shè)計(jì)

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

3.2 相控陣?yán)走_(dá)天線多頻點(diǎn)多波束接收測(cè)量實(shí)現(xiàn)流程

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

3.2.1 完成2頻點(diǎn)10波束天線等權(quán)校正測(cè)試

步驟一、雷達(dá)天線測(cè)試開(kāi)始，在雷達(dá)操作臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試頻點(diǎn)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(jìn)行2頻點(diǎn)和10波束的接收校正，依照幅度和相位的一致性進(jìn)行校正合格判定；如不合格再次點(diǎn)擊更新校正數(shù)據(jù)，直到合格 （注：一般點(diǎn)擊2-4次即可） ；合格后保存校正數(shù)據(jù)；

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

3.2.2 完成2頻點(diǎn)10波束天線加權(quán)校正測(cè)試

步驟六、在暗室測(cè)控計(jì)算機(jī)上進(jìn)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(jì)算機(jī)；

步驟七、進(jìn)行2頻點(diǎn)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(jìn)行校正合格判定；如不合格再次點(diǎn)擊更新校正數(shù)據(jù)，直到合格 （注：一般點(diǎn)擊2-4次即可）；合格后保存校正數(shù)據(jù)；

步驟八、進(jìn)行2頻點(diǎn)10波束的加權(quán)校正測(cè)試和合格判定，如果合格則完成接收測(cè)試；如果不合格則將測(cè)試結(jié)果導(dǎo)入暗室測(cè)控計(jì)算機(jī)，暗室測(cè)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行耦合度補(bǔ)償值計(jì)算并把把補(bǔ)償值導(dǎo)入校正計(jì)算機(jī)進(jìn)行耦合度補(bǔ)償；重復(fù)步驟一至步驟七，進(jìn)行第二次加權(quán)校正和測(cè)試，直到測(cè)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(diǎn)多波束接收測(cè)量方法，進(jìn)行了該測(cè)量方法的時(shí)序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)流程設(shè)計(jì)，將雷達(dá)相控陣天線固定頻點(diǎn)固定波束接收測(cè)量方法的效率提高20倍。

參考文獻(xiàn)

[1]張祖稷，金林.雷達(dá)天線技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2005：349-362.

[2]束咸榮，何炳發(fā)，高鐵.相控陣?yán)走_(dá)天線[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2007：319-325.

作者簡(jiǎn)介

張敏（1981-），男，博士，高級(jí)工程師。2012年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)。研究方向?yàn)槔走_(dá)和電抗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

作者單位

江蘇金陵機(jī)械制造總廠 江蘇省南京市 211106endprint