全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出的一種全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，旨在提供一種控制靈活，指向精度高,成本低、用電掃描取代機(jī)械掃描的測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：在接收方向圖測(cè)試鏈路中，信號(hào)收發(fā)設(shè)備發(fā)送測(cè)試頻點(diǎn)信號(hào)到標(biāo)校塔的輔助天線，球面相控陣天線接收輔助天線發(fā)送的信號(hào)，并經(jīng)有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形成接收波束，信號(hào)收發(fā)設(shè)備接收記錄信號(hào)電平，上報(bào)到自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試軟件；自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試軟件控制有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形成某一方向的收發(fā)波束并采集收發(fā)波束的信號(hào)電平，對(duì)整個(gè)空域進(jìn)行二維電掃描，分別將收發(fā)波束指向的方位、俯仰角度和對(duì)應(yīng)指向的信號(hào)電平畫(huà)出三維圖像，得到天線的收發(fā)立體方向圖。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，相控陣天線作為民用和軍用天線技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向備受關(guān)注。在 相控陣天線中，有源多波束天線信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)是指能夠產(chǎn)生2個(gè)或2個(gè)以上的獨(dú)立可控的 波束，且每個(gè)波束能對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，獨(dú)立完成對(duì)每個(gè)目標(biāo)的信號(hào)發(fā)射或接收。相控陣天線波束 由計(jì)算機(jī)控制，在空間幾乎是無(wú)慣性掃描，具有很大的靈活性，其天線最大輻射方向隨著靈 活的波束掃描而發(fā)生變化；除此之外，天線的陣元排列方式、陣元間距和加權(quán)函數(shù)等因素均 對(duì)相控陣天線方向圖有很大影響。由于有源多波束天線系統(tǒng)波束作用空域很寬，要求單元 天線的方向圖近似全向方向圖。在幾百陣元拼陣條件下，陣列法線方向產(chǎn)生波束的半功率 波束寬度亦有4?6度左右。相控陣天線的方向圖由陣的結(jié)構(gòu)決定，如果己知陣元結(jié)構(gòu)，理 論上天線方向圖可以精確計(jì)算的。由于相控陣天線陣面通常由幾千個(gè)陣元組成，因此計(jì)算 量很大。同時(shí)，相控陣天線掃描角每變化一次就要重新解算一次增益，計(jì)算非常繁雜。通常 相控陣天線的陣元結(jié)構(gòu)并不一定完全已知，且工程實(shí)現(xiàn)也會(huì)使得方向圖與理論計(jì)算值有差 異，而且在實(shí)際的相控陣天線系統(tǒng)中，由于存在著隨機(jī)的幅度與相位誤差，天線陣上各單元 的激勵(lì)電流的幅度和相位不可能完全保持一致。引起這些隨機(jī)幅相誤差的原因很多，如天 線單元方向圖的不一致，天線單元的安裝誤差，天線單元的損壞，天線單元間的互耦和射頻 通道間的幅相誤差，天線旋轉(zhuǎn)半徑引起的距離變化帶來(lái)的空間衰減誤差等。但是不管是哪 種原因引起的誤差，歸根結(jié)底都可以幅相誤差來(lái)表示。在進(jìn)行波束成形時(shí)，由于這些隨機(jī)誤 差的存在，使得陣列的輸出與理想情況下存在偏差。因此需要對(duì)相控陣天線進(jìn)行實(shí)際測(cè)量 以確認(rèn)其指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。
[0003] 在傳統(tǒng)測(cè)量中通過(guò)測(cè)量出天線增益及高功放饋給天線的凈功率二者的乘積，而在 有源多波束天線系統(tǒng)中，每一個(gè)天線陣列單元有一個(gè)功放組件，一定數(shù)量的收發(fā)組件組成 陣列的并行通道，其陣列天線增益與等效功放輸出功率不易直接測(cè)量獲得。在有源多波束 天線方向圖的測(cè)試中，傳統(tǒng)天線方向圖測(cè)試一般采用二維的方法測(cè)量出天線方位面和俯仰 面。波束方向的改變是依靠各陣元天線方向圖測(cè)試方法進(jìn)行方向圖測(cè)試。傳統(tǒng)方向圖測(cè)試 采用二維的方法測(cè)出天線方位面和俯仰面的方向圖，其基本點(diǎn)是波束指向的法線方向與 天線口面是固定不變的，波束方向的改變依靠天線機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于波束天線的波束 數(shù)量多、波束指向要用三維空間特征來(lái)表示，因此有源多波束天線方向圖的測(cè)試要復(fù)雜的 多。有源多波束天線方向圖測(cè)量不同于常規(guī)無(wú)源天線方向圖的測(cè)量，如果按照常規(guī)的天線 方向圖測(cè)試方法，只能測(cè)試其某一切割面的方向圖，不能完成立體方向圖的測(cè)試。有源多波 束天線立體方向圖測(cè)量，一般是在地面高架測(cè)試場(chǎng)完成有源多波束天線立體方向圖測(cè)試， 這不僅收發(fā)天線之間的距離要滿足最小遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試距離條件，而且需要建立高精度的三軸 測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)。
[0004] 在全空域有源多波束球面相控陣測(cè)控系統(tǒng)中，由于設(shè)計(jì)的等效口徑較大，且作用 范圍要覆蓋到整個(gè)空域，天線的陣元數(shù)目、外型尺寸、重量必然很大。對(duì)于大型球面相控陣 天線方向圖測(cè)量，常規(guī)的方向圖測(cè)試方法分為兩類(lèi)：一是在微波暗室環(huán)境，利用天線近場(chǎng) 測(cè)量系統(tǒng)來(lái)測(cè)量天線近場(chǎng)的幅度和相位分布，由近場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)推算天線的遠(yuǎn)場(chǎng)性能完成 天線方向圖的測(cè)量，建設(shè)微波暗室需和天線近場(chǎng)方向重合；搭建近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)需要很高的 成本。二是在自由空間測(cè)試環(huán)境，通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)標(biāo)校塔架設(shè)輔助天線，配備三軸轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)待測(cè)天 線機(jī)械勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，以機(jī)械掃描的方式獲得遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖數(shù)據(jù)。對(duì)大型全空域有源多波束球面 相控陣天線而言，采用常規(guī)的方向圖測(cè)試方法會(huì)遇到以下問(wèn)題： 1、 在微波暗室環(huán)境的近場(chǎng)測(cè)量搭建測(cè)試環(huán)境成本高昂，對(duì)外型尺寸太大的天線甚至難 以實(shí)現(xiàn)； 2、 常規(guī)自由空間測(cè)試環(huán)境的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方法對(duì)大型球面相控陣天線也不太適用，因?yàn)樘?線重量能夠達(dá)到數(shù)噸，通過(guò)給天線配備三軸機(jī)械伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，帶動(dòng)天線方位俯仰的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 要求很高，成本高昂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有大型球面相控陣天線方向圖測(cè)量存在的問(wèn)題，提供 一種簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)、控制靈活，成本低、波束指向精度高，采用電掃描取代機(jī)械掃描， 避免機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)波束指向誤差的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的上述目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到，一種全空域有源多波束球面相控陣 天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，包括：待測(cè)球面相控陣天線后端連接的有源數(shù)字多波束形成設(shè)備、根 據(jù)天線的位置搭建具有遠(yuǎn)場(chǎng)條件的標(biāo)校塔，標(biāo)校塔上放置收發(fā)測(cè)試信號(hào)的輔助天線、信號(hào) 收發(fā)設(shè)備和自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，其特征在于：在接收測(cè)試鏈路中，信號(hào)收發(fā)設(shè)備發(fā)送測(cè)試頻點(diǎn) 信號(hào)到標(biāo)校塔的輔助天線，球面相控陣天線接收輔助天線發(fā)送的信號(hào)，并經(jīng)過(guò)受自動(dòng)化測(cè) 試設(shè)備控制的有源數(shù)字多波束形成設(shè)備，形成單個(gè)或者多個(gè)接收波束，信號(hào)收發(fā)設(shè)備接收 有源數(shù)字多波束形成設(shè)備的信號(hào)并記錄信號(hào)電平，實(shí)時(shí)上報(bào)到自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試 軟件；在發(fā)射方向圖測(cè)試鏈路中，信號(hào)收發(fā)設(shè)備發(fā)送測(cè)試頻點(diǎn)信號(hào)到受自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控 制的有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形成單個(gè)或者多個(gè)發(fā)射波束，球面相控陣天線接收有源數(shù)字 多波束形成設(shè)備計(jì)算的發(fā)射信號(hào)并發(fā)送到指定波束方向，輔助天線接收球面相控陣天線發(fā) 出的信號(hào)，信號(hào)收發(fā)設(shè)備接收輔助天線收到的信號(hào)并記錄信號(hào)電平，上報(bào)到自動(dòng)化測(cè)試設(shè) 備自動(dòng)化測(cè)試軟件；自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試軟件控制有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形成某 一方向的收發(fā)波束并采集收發(fā)波束的信號(hào)電平，改變波束指向的方位俯仰角，對(duì)整個(gè)空域 進(jìn)行二維電掃描得到天線各個(gè)方向?qū)?yīng)的收發(fā)信號(hào)電平，分別將收發(fā)波束指向的方位、俯 仰方角度和對(duì)應(yīng)指向的信號(hào)電平畫(huà)出三維圖像，得到天線的收發(fā)立體方向圖。
[0007] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0008] 本發(fā)明利用球面陣列天線陣元位置布局的空間對(duì)稱(chēng)性以及數(shù)字波束形成技術(shù)的 特性，自動(dòng)化測(cè)試軟件控制有源波束形成設(shè)備形成某一方向的收發(fā)波束并采集收發(fā)波束的 信號(hào)電平，改變波束指向的方位俯仰角度，對(duì)整個(gè)空域進(jìn)行二維電掃描得到天線各個(gè)方向 對(duì)應(yīng)的收發(fā)信號(hào)電平，將收發(fā)波束指向的方位俯仰角度和對(duì)應(yīng)指向的信號(hào)電平根據(jù)需要畫(huà) 出和波束和差波束的三維方向圖像，得到天線的收發(fā)立體方向圖，克服了由近場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù) 推算天線的遠(yuǎn)場(chǎng)性能完成天線方向圖的測(cè)量，建設(shè)微波暗室和天線近場(chǎng)方向重合成本很高 的缺陷。
[0009] 本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試軟件控制有源波束形成設(shè)備形成某一方向的收發(fā)波束并 采集收發(fā)波束的信號(hào)電平，改變波束指向的方位俯仰角度，實(shí)現(xiàn)改變波束指向來(lái)等效改變 天線的幾何方向，在任意工作范圍角度內(nèi)方向圖的形狀相同，不會(huì)因?yàn)椴ㄊ赶蚪嵌鹊淖?化發(fā)生方向圖畸變。 測(cè)試系統(tǒng)搭建易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)約成本。本發(fā)明用電掃描的方式替代機(jī)械掃描方式，完成天 線收發(fā)和差波束方向圖的測(cè)試方案，對(duì)環(huán)境依賴(lài)程度不高，不需要搭建微波暗室，不需要配 備天線機(jī)械伺服轉(zhuǎn)臺(tái)。這種采用電掃描的方式替代了機(jī)械掃描方式，不僅掃描速度快，指向 精度高，而且不需要三軸轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的波束指向誤差。
[0010] 本發(fā)明采用球面相控陣天線后端連接有源多波束形成設(shè)備，根據(jù)天線的位置搭建 具有遠(yuǎn)場(chǎng)條件的標(biāo)校塔，標(biāo)校塔上放置收發(fā)測(cè)試信號(hào)的信標(biāo)輔助天線、有源數(shù)字多波束形 成設(shè)備、信號(hào)收發(fā)設(shè)備和自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備組成全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè) 量系統(tǒng)，可對(duì)有源多波束天線設(shè)備進(jìn)行立體方向圖測(cè)試，方便了實(shí)際工作環(huán)境中搭建測(cè)試 平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量和系統(tǒng)工作前對(duì)天線狀態(tài)性能的確認(rèn)。
[0011] 實(shí)現(xiàn)方便，控制靈活。采用軟件方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試、實(shí)時(shí)接收采集信號(hào)和控制波 束指向信息，控制產(chǎn)生單個(gè)或多個(gè)波束，不僅能夠通過(guò)控制波束形成方式得到和波束和差 波束方向圖，而且通過(guò)掃描方式選擇掃描一維或者二維方向圖，控制掃描范圍和步進(jìn)調(diào)整 掃描精度。
[0012] 具有通用性。本發(fā)明對(duì)于球面非對(duì)稱(chēng)布局的相控陣天線可以通過(guò)修正等效到對(duì)稱(chēng) 模型然后利用這種方法進(jìn)行測(cè)量。
[0013] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠滿足全空域有源多波束球面相控陣測(cè)控系統(tǒng)中接收和差波 束和發(fā)射和波束方向圖測(cè)量的需求。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015] 圖1是本發(fā)明全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
[0016] 圖2是球面相控陣天線的波束指向示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 參閱圖1?圖2。圖1所示全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，主要由球面相控陣天線、標(biāo)校塔、輔助天線、有源數(shù)字多波束形成設(shè)備、信號(hào)收發(fā)設(shè)備、 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備組成。其中，球面相控陣天線后端連接有源數(shù)字多波束形成設(shè)備，標(biāo)校塔是 根據(jù)天線的位置搭建的，收發(fā)測(cè)試信號(hào)的輔助天線放置在標(biāo)校塔上，且標(biāo)校塔上的輔助天 線和待測(cè)的球面相控陣天線之間的距離滿足最小遠(yuǎn)場(chǎng)距離條件。
[0018] 測(cè)試接收方向圖的實(shí)施步驟為： 1、搭建接收測(cè)試鏈路：信號(hào)收發(fā)設(shè)備發(fā)送測(cè)試頻點(diǎn)信號(hào)到標(biāo)校塔的輔助天線，球面相 控陣天線接收輔助天線發(fā)送的信號(hào)并經(jīng)過(guò)有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形成單個(gè)或者多個(gè)接 收波束，有源數(shù)字多波束形成設(shè)備受自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控制，可以對(duì)每一個(gè)波束進(jìn)行單獨(dú)控 制產(chǎn)生某個(gè)波束指向方位俯仰角度在（Φ，Θ)方向上和差兩種類(lèi)型的波束（波束指向示意 圖如圖2所示，以球面天線幾何球心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立的三維笛卡爾坐標(biāo)系，方位角Φ為方 向矢量在ΧΥ平面的投影和X軸的夾角，俯仰角Θ為方向矢量和ΧΥ平面的夾角），信號(hào)收發(fā) 設(shè)備接收有源數(shù)字多波束形成設(shè)備的信號(hào)并記錄信號(hào)電平Ε，實(shí)時(shí)上報(bào)到自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備。
[0019] 2、設(shè)置自動(dòng)化測(cè)試參數(shù)：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備設(shè)置波束形成個(gè)數(shù)Ν、和或者差波束形 成方式、掃描范圍（Φ〇， 0 〇)到（Φρ 0 i)、掃描步進(jìn)方位Δ φ和俯仰Δ θ，Ν為自然數(shù)，Φ。 和Θ 〇為波束掃描起始點(diǎn)的方位角和俯仰角，和θ i為波束掃描結(jié)束點(diǎn)的方位角和俯仰 角。自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備設(shè)置波束掃描中心對(duì)準(zhǔn)輔助天線位置，掃描范圍如果方位固定，則掃描 出的是該方位上俯仰角度從9 (|到的一維方向圖，如果俯仰固定，則掃描出的是該俯仰 上方位角度從Φ〇到Φ:的一維方向圖。
[0020] 3、軟件自動(dòng)化掃描： ① 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控制有源數(shù)字多波束形成設(shè)備產(chǎn)生波束1在掃描起始方位俯仰角 度在（CK，Θ)方向的波束形成信號(hào)，并記錄該點(diǎn)信號(hào)電平； ② 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備保持波束指向俯仰角Θ不變，并根據(jù)掃描步進(jìn)方位角△Φ改變波 束指向方位角度，直到方位角度達(dá)到掃描范圍最大值Φ 1，并對(duì)應(yīng)記錄方位角度從小。到 方向上每一指向信號(hào)電平，得到該俯仰角Θ剖面的方位角度間隔為Λφ的信號(hào)電平； ③ 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備根據(jù)掃描步進(jìn)俯仰角△ Θ不斷改變波束指向俯仰角度，并在每個(gè) 俯仰角度下，改變波束指向方位角度，直到方位角度達(dá)到掃描范圍最大值Φ i，并對(duì)應(yīng)記錄 方位角度從$〇到牝方向上每一指向信號(hào)電平，得到每個(gè)俯仰角度剖面的方位角度間隔為 Δ Φ的信號(hào)電平，最終得到整個(gè)方位俯仰角度掃描范圍（Φ。到（φ1; Θ)內(nèi)俯仰角度 間隔為△ Θ方位角度間隔為△ φ的信號(hào)電平，即得到第一個(gè)波束該方式下的波束方向圖 數(shù)據(jù)。
[0021] ④改變波束號(hào)和波束形成方式并重復(fù)步驟①到③可以得到接收波束1到Ν的和差 方向圖數(shù)據(jù)。
[0022] 4、方向圖數(shù)據(jù)處理：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備根據(jù)接收和差方向圖數(shù)據(jù)，以波束方位角、俯 仰角、信號(hào)電平（Φ，Θ，Ε)建立三維坐標(biāo)系將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)描出，即得到每一個(gè)接收波束的 三維和差方向圖，并能計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的天線接收增益、和波束主瓣寬度、和波束副瓣電平、 差波束零陷指標(biāo)。
[0023] 測(cè)試發(fā)射方向圖的實(shí)施步驟為： 1、搭建發(fā)射測(cè)試鏈路：信號(hào)收發(fā)設(shè)備發(fā)送測(cè)試頻點(diǎn)信號(hào)到有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形 成單個(gè)或者多個(gè)發(fā)射波束，球面相控陣天線接收有源數(shù)字多波束形成設(shè)備計(jì)算的發(fā)射信號(hào) 并發(fā)送到指定波束方向，有源數(shù)字多波束形成設(shè)備受自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控制，可以對(duì)每一個(gè) 波束進(jìn)行單獨(dú)控制產(chǎn)生某個(gè)波束指向方位俯仰角度在（Φ，Θ)方向上的和波束（波束指向 示意圖如圖2所示，以球面天線幾何球心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立的三維笛卡爾坐標(biāo)系，方位角Φ 為方向矢量在ΧΥ平面的投影和X軸的夾角，俯仰角Θ為方向矢量和ΧΥ平面的夾角），輔助 天線接收球面相控陣天線發(fā)出的信號(hào)，信號(hào)收發(fā)設(shè)備接收輔助天線收到的信號(hào)并記錄信號(hào) 電平Ε，實(shí)時(shí)上報(bào)到自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備。
[0024] 2、設(shè)置自動(dòng)化測(cè)試參數(shù)：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備設(shè)置和波束形成個(gè)數(shù)Ν、掃描范圍 (Φ。，Θ。）到（Φ:，Θ J、掃描步進(jìn)方位Λ φ和俯仰Λ θ，Ν為自然數(shù)，Φ。和Θ。為波束掃描 起始點(diǎn)的方位角和俯仰角，Φ，Ρ Si*波束掃描結(jié)束點(diǎn)的方位角和俯仰角。自動(dòng)化測(cè)試設(shè) 備設(shè)置波束掃描中心對(duì)準(zhǔn)輔助天線位置，掃描范圍如果方位固定，則掃描出的是該方位上 俯仰從9(|到的一維方向圖，如果俯仰固定，則掃描出的是該俯仰上方位角度從到 Φ1的一維方向圖。
[0025] 3、軟件自動(dòng)化掃描： ① 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控制有源數(shù)字多波束形成設(shè)備產(chǎn)生波束1在掃描起始方位俯仰角 度在（CK，Θ)方向的波束形成信號(hào)，并記錄該點(diǎn)信號(hào)電平； ② 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備保持波束指向俯仰角Θ不變，并根據(jù)掃描步進(jìn)方位角△Φ改變波 束指向方位角度，直到方位角度達(dá)到掃描范圍最大值t，并對(duì)應(yīng)記錄方位從$0到牝方向 上每一指向信號(hào)電平，得到該俯仰角Θ剖面的方位角度間隔為Λφ的信號(hào)電平； ③ 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備根據(jù)掃描步進(jìn)俯仰角△ Θ不斷改變波束指向俯仰角度，并在在每 個(gè)俯仰角度下，改變波束指向方位角度，直到方位角度達(dá)到掃描范圍最大值Φ i，并對(duì)應(yīng)記 錄方位角度從$〇到牝方向上每一指向信號(hào)電平，得到每個(gè)俯仰角度剖面的方位角度間隔 為Λ φ的信號(hào)電平，最終得到整個(gè)方位俯仰角度掃描范圍（CK，Θ)到（Φ1; Θ)內(nèi)俯仰角 度間隔為△ Θ方位角度間隔為△ φ的信號(hào)電平，即得到第一個(gè)波束該方式下的波束方向 圖數(shù)據(jù)。
[0026] ④改變波束號(hào)并重復(fù)步驟①到③可以得到發(fā)射和波束1到Ν的方向圖數(shù)據(jù)。
[0027] 4、方向圖數(shù)據(jù)處理：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備根據(jù)發(fā)射和波束方向圖數(shù)據(jù)，以（Φ，Θ，Ε) 建立三維坐標(biāo)系將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)描出，即得到每一個(gè)發(fā)射和波束的三維方向圖，并能夠計(jì)算 得到對(duì)應(yīng)的天線發(fā)射增益、波束主瓣寬度、副瓣電平指標(biāo)。
【權(quán)利要求】
1. 一種全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，包括：待測(cè)球面相控陣天 線后端連接的有源數(shù)字多波束形成設(shè)備、根據(jù)天線的位置搭建具有遠(yuǎn)場(chǎng)條件的標(biāo)校塔，標(biāo) 校塔上放置收發(fā)測(cè)試信號(hào)的輔助天線、信號(hào)收發(fā)設(shè)備和自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，其特征在于：在 接收方向圖測(cè)試鏈路中，信號(hào)收發(fā)設(shè)備發(fā)送測(cè)試頻點(diǎn)信號(hào)到標(biāo)校塔的輔助天線，球面相控 陣天線接收輔助天線發(fā)送的信號(hào)，并經(jīng)過(guò)受自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控制的有源數(shù)字多波束形成設(shè) 備，形成單個(gè)或者多個(gè)接收波束，信號(hào)收發(fā)設(shè)備接收有源數(shù)字多波束形成設(shè)備的信號(hào)并記 錄信號(hào)電平，實(shí)時(shí)上報(bào)到自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試軟件；在發(fā)射方向圖測(cè)試鏈路中，信號(hào) 收發(fā)設(shè)備發(fā)送測(cè)試頻點(diǎn)信號(hào)到受自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控制的有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形成發(fā) 射波束，球面相控陣天線接收有源數(shù)字多波束形成設(shè)備計(jì)算的發(fā)射信號(hào)并發(fā)送到指定波束 方向，輔助天線接收球面相控陣天線發(fā)出的信號(hào)，信號(hào)收發(fā)設(shè)備接收輔助天線收到的信號(hào) 并記錄信號(hào)電平，上報(bào)到自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試軟件；自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試軟 件控制有源數(shù)字多波束形成設(shè)備形成某一方向的收發(fā)波束并采集收發(fā)波束的信號(hào)電平，改 變波束指向的方位俯仰角，對(duì)整個(gè)空域進(jìn)行二維電掃描得到天線各個(gè)方向?qū)?yīng)的收發(fā)信號(hào) 電平，分別將收發(fā)波束指向的方位、俯仰方角度和對(duì)應(yīng)指向的信號(hào)電平畫(huà)出三維圖像，得到 天線的收發(fā)立體方向圖。
2. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備對(duì)有源數(shù)字多波束形成設(shè)備每一個(gè)波束進(jìn)行單獨(dú)控制，產(chǎn)生某個(gè)波束 指向方位俯仰角度為（Φ，Θ)方向上和差兩種類(lèi)型的波束，Φ為波束指向方位角，Θ為波 束指向俯仰角。
3. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備設(shè)置波束形成個(gè)數(shù)N、和或者差波束形成方式、波束掃描方位俯仰角度 范圍（Φ〇, ％)到（Φ^ Θ 〇、掃描步進(jìn)方位角Λ φ和俯仰角Λ θ，N為自然數(shù)，（K和Θ。 為波束掃描起始點(diǎn)的方位角和俯仰角，和Θ i為波束掃描結(jié)束點(diǎn)的方位角和俯仰角。
4. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備設(shè)置波束掃描中心對(duì)準(zhǔn)輔助天線位置，掃描范圍如果方位固定，則掃描 出的是該方位上俯仰角度從9 (|到的一維方向圖，如果俯仰固定，則掃描出的是該俯仰 上方位角度從Φ〇到Φ:的一維方向圖。
5. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備控制有源數(shù)字多波束形成設(shè)備產(chǎn)生一波束在掃描起始方位俯仰角度在 (Φ〇, θ〇)方向的波束形成信號(hào)，并記錄該點(diǎn)信號(hào)電平。
6. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備保持波束指向俯仰角Θ不變，并根據(jù)掃描步進(jìn)方位角△ φ改變波束方 位指向，直到方位角度達(dá)到掃描范圍最大值，并對(duì)應(yīng)記錄方位角度從Φ〇到牝方向上每 一指向信號(hào)電平，得到該俯仰角Θ剖面的方位角度間隔為△ φ的信號(hào)電平。
7. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征在 于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備根據(jù)掃描步進(jìn)俯仰角△ Θ不斷改變波束指向俯仰角度，并在每個(gè)俯仰 角度下，改變波束指向方位角度，直到方位角度達(dá)到掃描范圍最大值Φ i，并對(duì)應(yīng)記錄方位 角度從(^到牝方向上每一指向信號(hào)電平，得到每個(gè)俯仰角度剖面的方位角度間隔為Λ Φ 的信號(hào)電平，最終得到整個(gè)方位俯仰角度掃描范圍（Φ。，Θ。）到（φ1; Θ)內(nèi)俯仰角度間隔 為Λ Θ方位角度間隔為△ φ的信號(hào)電平，即得到該波束該方式下的波束方向圖數(shù)據(jù)。
8. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征 在于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備根據(jù)和差方向圖數(shù)據(jù)，以（Φ，Θ，Ε)建立三維坐標(biāo)系將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn) 描出，即得到每一個(gè)接收波束的三維方向圖，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的波束主瓣寬度、副瓣電平指 標(biāo)，Φ、θ、Ε分別表不波束的方位角、俯仰角、信號(hào)電平。
9. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特 征在于：自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備根據(jù)接收和差方向圖數(shù)據(jù)，以波束方位角、俯仰角、信號(hào)電平 (Φ，Θ，Ε)建立三維坐標(biāo)系將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)描出，得到每一個(gè)接收波束的三維和差方向圖，并 計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)天線的接收增益、和波束主瓣寬度、和波束副瓣電平、差波束零陷指標(biāo)。
10. 如權(quán)利要求1所述的全空域有源多波束球面相控陣天線方向圖測(cè)量系統(tǒng)，其特征 在于：波束指向的方位角和俯仰角是在球面天線幾何球心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立的三維笛卡爾坐 標(biāo)系中定義，方位角為方向矢量在ΧΥ平面的投影和X軸的夾角，俯仰角為方向矢量和ΧΥ平 面的夾角。
【文檔編號(hào)】G01R29/10GK104101786SQ201410294087
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】馮林高, 俄廣西, 趙衛(wèi)東, 王文政, 李兆虎, 劉云閣 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所