相控陣雷達天線近場多任務測試系統(tǒng)設計方法探究

白宇 陳金龍 衛(wèi)學新

摘 要：近年來，我國的雷達技術不斷發(fā)展起來。針對雷達天線測試技術也提出了更高的要求，希望能夠不斷提高其精準度。傳統(tǒng)的天線測試技術主要是利用遠場測試，這種測試易受到環(huán)境的影響，存在一定的局限性。于是就產(chǎn)生了相控陣雷達技術，它具有精確度高、抗干擾能力強、探測遠的優(yōu)勢，也因此得到了廣泛的應用。本文主要對相控陣雷達天線進行概述，并對雷達天線近場多任務測試系統(tǒng)進行設計，不斷提高相控陣雷達天線的測試效率。

關鍵詞：相控陣雷達;天線;多任務測試;設計

近場測試技術從開始應用至今已經(jīng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其技術也在不斷的完善。而隨著我國雷達研制水平的不斷提高，相控陣雷達天線不斷發(fā)展起來，成為現(xiàn)階段雷達的主要研究方向。而它的出現(xiàn)也對近場測試有了更高的要求，由傳統(tǒng)的單波束、單頻率變化成多波束、多頻率的測試方式，過程也越來越復雜。為了能夠滿足雷達的測試需求，需要不斷研究近場測試技術并對其多任務測試系統(tǒng)進行設計，從而可以有效提高測試精度。

一、相控陣雷達天線概述

相控陣雷達天線的實現(xiàn)方式有頻率掃描和相位掃描，它主要是利用電子來對雷達波束進行指引，幫助其在空間中進行無慣性的掃描。這一天線系統(tǒng)主要由天線單元、控制系統(tǒng)、信號功率分配等組成，其中在系統(tǒng)的天線單元上會安裝移相器，利用移相器來使天線輻射信號的相位發(fā)生改變[1]。信號之間幅度主要是利用分配網(wǎng)絡和功率加權來進行改變，如果利用波束控制計算機來改變天線的幅度和相位，就可以得到天線口徑照射函數(shù)，從而能夠讓天線波束的指向和形狀發(fā)生改變。

二、天線近場測試的原理及功能需求分析

相控陣雷達的天線輻射具有遠場特性，在實際測試過程中需要天線與信號源之間存在一定的距離才能夠準確測量。在實際測量過程中，由于實驗室環(huán)境的限制，范圍十分有限，通過近場測試的方式更能夠突出測試優(yōu)勢。近場測試主要是通過抽樣的方式，利用探頭來探測相控陣天線表面的幅度和香味。一般來說，相控陣天線利用近場測試的方式更為準確。由于天線表面的幅相特性存在差異，在近場測試中就可以利用探頭進行測量。接著，通過電磁場平面波展開理論就可以進行相應的計算。相控陣雷達天線的測試過程中近場測試優(yōu)勢顯著：它可以作為診斷工具，來對天線進行故障檢測;還可以在實驗室中進行測量，不受氣候、環(huán)境的影響;可以較好地屏蔽干擾信號，保持測量結果的準確性;此外，近場測試獲得的測量信息遠多于遠場測試。

然而，在實際的近場測試系統(tǒng)設計的過程中，需要設計者首先做好軟件需求的分析，其主要有以下幾個方面。（1）所設計的系統(tǒng)能夠達到通用化的需求，可以在全測試周期內處于可配置的狀態(tài)。要想實現(xiàn)該功能就需要在系統(tǒng)中多設置一些輸入接口、軟件界面、配置通信協(xié)議等，從而可以達到通用化的目的，能夠針對各種相控陣天線進行測試[2]。（2）在測試過程中需要滿足多任務的測試，單任務測試在時代發(fā)展的過程中已經(jīng)不能滿足相控陣雷達天線的測試需求。對此，需要為近場天線測試系統(tǒng)設置多任務，利用多個波束和頻率測試，以此來實現(xiàn)更為高效的測試。

三、相控陣雷達天線近場多任務測試系統(tǒng)設計方法

（一）架構設計方法

在相控陣雷達天線近場多任務測試系統(tǒng)中采用的設計方法主要有架構設計、多任務設計、系統(tǒng)接口設計、控制器設計等。在設計過程中，主要是依靠軟件來預設參數(shù)，利用數(shù)據(jù)處理軟件來進行各項參數(shù)的處理，這樣可以得出具體的圖像。一般來說，架構設計是多任務測試系統(tǒng)中最為基礎而重要的設計，該設計過程主要使利用構件化設計，通過相應的軟件將其組成元素，再通過接口來產(chǎn)生特定的服務，從而為系統(tǒng)的開發(fā)提供支持[3]。在此過程中，需要利用構建管理工具才能夠實現(xiàn)動態(tài)的管理。這樣一來，針對系統(tǒng)開法可以進一步復制構件，最后控制版本。一般情況下，會使用GetTypes靜態(tài)方法來獲取構件并對構件的類型進行判斷，以此來完成架構的設計。

（二）多任務設計方法

多任務設計是相控陣雷達天線近場測試中最為主要的設計，需要設計者注意好各波束的狀態(tài)，針對它們的狀態(tài)來設計波控分系統(tǒng)，讓天線在測試的過程中能夠接收到波控指令，進而能夠處理波控分系統(tǒng)，從而控制波束掃描過程[4]。一般情況下，多任務設計的目的主要是在測試過程中，讓天線能夠全面的掃描各種波束，進而再通過系統(tǒng)來控制天線波束和頻率的變化，這樣才能夠實現(xiàn)同步切換，提高檢測效率和準確性。在實際檢測過程中會生成大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在檢測過程中會產(chǎn)生訪問沖突，為了避免這種沖突，就需要在設計過程中利用多線程的設計方式來對數(shù)據(jù)進行處理。在創(chuàng)建好相應的線程之后，該系統(tǒng)就會運行起來，多線程就會在相應的時段中執(zhí)行自己的指令，發(fā)揮自己的功效。

（三）控制器設計

控制器主要在進場多任務測試系統(tǒng)中起到控制的作用，在這一設計的過程中主要是通過設計信號轉換電路、雷控信號仿真電路來實現(xiàn)對信號的控制和轉換作用。在進場多任務測試系統(tǒng)運行之前，就需要通過控制器來協(xié)調天線所發(fā)射的各種信號。該控制器需要在運行時通過接受指令來完成控制工作，指令的接收主要是利用GPIB接口電路。在接受到指令之后就可以進行相應的測試，在系統(tǒng)中會記錄下波位碼和頻率碼的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至雷控信號仿真電路，這些數(shù)據(jù)就會完成解碼和緩存[5]。在近場多任務測試開始之后，各測試點的控制器中的信號電路就會接收到信號并將其進行轉化，轉化后的定時與雷控信號再傳輸給天線，從而能夠完成波位之間的變換。控制器中的仿真電路能夠協(xié)調雷控和定時信號，從而完成信號的協(xié)調工作。控制器主要也是通過協(xié)調各種信號來完成多任務測試的目的。

（四）系統(tǒng)接口設計

在天線進場多任務測試系統(tǒng)中的系統(tǒng)接口設計十分重要，它能夠確保各項測試的順利進行，能夠幫助數(shù)據(jù)之間形成交互，也能夠讓客戶端和數(shù)據(jù)層之間形成交互。該測試系統(tǒng)通常會借助數(shù)據(jù)源插件系統(tǒng)中來完成通訊協(xié)議的封裝，進而能夠實現(xiàn)動態(tài)鏈接庫的建立，能夠有效提高測試的實時性。要想在測試系統(tǒng)中形成插件容器，就需要利用數(shù)據(jù)服務層，這樣能夠在運行的過程中快速地將插件配置到相應的系統(tǒng)構架中，或者將其從系統(tǒng)構架中取出，以此來完成功能的配置[6]。在系統(tǒng)接口設計過程中，可以通過TCP網(wǎng)絡通信來完成客戶端與數(shù)據(jù)層之間的信息交互，用戶在使用的過程中可以創(chuàng)設一個賬號，在登陸賬號后下載相應的界面文件，輸入請求，客戶端會將用戶的請求發(fā)送到數(shù)據(jù)服務層，進而實現(xiàn)信息之間的交互，讓測試結果更具實時性。

結束語：

綜上所述，近場測量的方式是當前天線測量技術中最為主要的手段，能夠為大型的天線提供精準測試。為了有效提高其工作效率，可以設置多任務測試系統(tǒng)來探測相控陣雷達天線近場測試的效率。在設計過程中我們可以從多角度出發(fā)，在確保測量效果的基礎上不斷提高其測試效率。

參考文獻

[1] 袁婕.淺談相控陣雷達天線近場多任務測試系統(tǒng)設計方法[J].中國新通信，2017，19（5）：61.

[2] 董揚.相控陣雷達天線近場多任務測試系統(tǒng)設計[D].江蘇：南京理工大學，2014.

[3] 蔡瑾曜，陳曉陽.近場效應對船載雙通道雷達相位標校影響及應對方法研究[J].國外電子測量技術，2017，36（7）：27-30.

[4] 黃艷.天線近場測試儀系統(tǒng)總控軟件（2.0版本）及DBF監(jiān)測控制軟件的設計與實現(xiàn)[D].山東：煙臺大學，2017.

[5] 嚴繼軍.相控陣雷達天線電性能測試平臺設計與實現(xiàn)[D].遼寧：大連理工大學，2015.

[6] 邵余峰，候飛，陳升一.平面近場天線多任務測試系統(tǒng)工程設計[J].現(xiàn)代雷達，2013，35（1）：77-79.