一種毫米波相控陣測試標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到毫米波相控陣的測試標(biāo)定，體現(xiàn)了快速、高精度的測試標(biāo)定能力，尤 其涉及相控陣天線的通道不一致性以及單元天線的相位中心偏移的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在遙測測控、衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星導(dǎo)航、預(yù)警雷達等領(lǐng)域中對毫米波相控陣的應(yīng) 用逐漸增加，對毫米波相控陣的性能，尤其是指向精度的要求也越來越高。目前，毫米波相 控陣指向精度的主要測試標(biāo)校方法是通過平面近場掃描框架，對相控陣每個陣元的輻射性 能進行掃描，從而實現(xiàn)對通道間不一致性的修正。測試的儀器主要包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、平 面近場掃描轉(zhuǎn)臺等。
[0003] 現(xiàn)有的標(biāo)校方法的主要問題是:平面近場掃描需要對每個通道逐次掃描，工作量 巨大，且不能并向進行，耗時嚴(yán)重;毫米波相控陣對掃描框架機械運動的精度要求非常高， 設(shè)備造價高昂；該方法無法解決單元間互耦的影響，難以實現(xiàn)高精度的測試標(biāo)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足而提供一種毫米波相控陣的快速、 高效測試標(biāo)定。本發(fā)明方法能夠有效的減少測試的工作量，測試設(shè)備的硬件投入成本，并能 兼顧單元間互耦的影響，從而實現(xiàn)高精度的毫米波相控陣測試標(biāo)定。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種毫米波相控陣測試標(biāo)定方法，用于對毫米波相 控陣天線的波束形成性能進行測試標(biāo)定，包括以下步驟：
[0006] (101)初始化配置測試環(huán)境，配置所需的測試儀器和測試設(shè)備；
[0007] (102)根據(jù)所配置的測試環(huán)境采集得到未標(biāo)校的毫米波相控陣方向圖；
[0008] (103)通過峰值查找法，查找未標(biāo)校的毫米波相控陣方向圖得到實際的波束峰值；
[0009] (104)根據(jù)實際的波束峰值建立相控陣指向精度的分析模型，包含相控陣陣元間 不一致性和單元間互耦參數(shù)；
[0010] (105)通過分析模型，建立解析的目標(biāo)函數(shù)，對目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化求解，實現(xiàn)對毫 米波相控陣性能的標(biāo)定；
[0011]完成毫米波相控陣的測試標(biāo)定。
[0012]其中，步驟（105)具體為：
[0013] (501)通過分析模型，建立解析的目標(biāo)函數(shù)；
[0014] (502)通過奇異值分解，對目標(biāo)函數(shù)矩陣進行空間分解，得到強空間譜分量和弱空 間譜分量；
[0015] (503)直接優(yōu)化求解強空間譜分量對應(yīng)的目標(biāo)標(biāo)校參數(shù)值；
[0016] (504)應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化求解弱空間譜分量對應(yīng)的目標(biāo)標(biāo)校參數(shù)值；
[0017] (505)合并強空間譜分量和弱空間譜分量優(yōu)化求解得到的目標(biāo)標(biāo)校參數(shù)值;并應(yīng) 用優(yōu)化求解得到的目標(biāo)標(biāo)校參數(shù)值對相控陣天線進行標(biāo)定。
[0018] 其中，步驟(104)中建立的分析模型為：
[0019]
[0020] 其中，Θ%為方位角，4為俯仰角，（xn，yn，zn)為第η個陣元的坐標(biāo)，k為傳播常數(shù)，p n 為第η個陣元的饋電相位，Δ pn為第η個陣元的相位不一致性，（Δ χη, Δ yn, Δ Zn)為第η個陣 元由于受到其它陣元的互耦作用，產(chǎn)生的相位中心偏移;對于尚未標(biāo)校的毫米波相控陣天 線，Δρ η，ΔΧη, Ayn, ΔΖη均為未知參數(shù)。
[0021] 其中，步驟(105)中建立的目標(biāo)函數(shù)滿足：
[0022]
[0023] 其中，i代表第i次測試數(shù)據(jù)，Θ為方位角，0為俯仰角，an為第η個陣元的饋電幅度， ρη為第η個陣元的饋電相位，（xn，yn，zn)為第η個陣元的坐標(biāo)。ρ η為第η個陣元的饋電相位，Δ ρη為第η個陣元的相位不一致性，（ΔΧη，Ay n，ΔΖη)為第η個陣元由于受到其它陣元的互耦 作用，產(chǎn)生的相位中心偏移;對于尚未標(biāo)校的毫米波相控陣天線，Δ ρη，Δ χη, Δ yn, Δ Ζη均為 未知參數(shù)。
[0024] 其中，步驟（502)中強空間譜分量對應(yīng)的值域空間通過確定性的相關(guān)函數(shù) 氧進行求解，弱空間譜分量對應(yīng)的值域空間通過步驟優(yōu)化算法對相關(guān)函數(shù)
進行優(yōu)化;其中fs為強空間譜分量，1；為弱空間譜分量，X為強 空間譜分量對應(yīng)的值域空間，I為弱空間譜分量對應(yīng)的值域空間，G為向量，Pl為第η個陣 元的相位不一致性。
[0025] 本發(fā)明相比【背景技術(shù)】具有如下優(yōu)點：
[0026] (i)本發(fā)明提出的毫米波相控陣測試標(biāo)校方法，能夠在少量測試工作的條件下，實 現(xiàn)對相控陣指向精度的標(biāo)校，測試工作量大幅減少，節(jié)省了人力、物力以及工作時間。
[0027] (ii)本發(fā)明提出的毫米波相控陣測試標(biāo)校方法，不需要投入復(fù)雜且精密的平面掃 描框架，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度以及投入成本。
[0028] (iii)本發(fā)明提出的毫米波相控陣測試標(biāo)校方法，對測試誤差具有很高的容忍度， 且考慮了互耦對相位中心的影響，能大幅提升相控陣指向的標(biāo)定精度，實際試驗中可實現(xiàn) 0.1°以內(nèi)的指向精度標(biāo)校。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的毫米波相控陣測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明的毫米波相控陣測試標(biāo)定流程圖。
[0031 ]圖3是本發(fā)明的毫米波相控陣測試標(biāo)定的優(yōu)化算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的描述：
[0033] 本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，測試轉(zhuǎn)臺為普通方位/俯仰旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，標(biāo)準(zhǔn)增益測 試天線為適應(yīng)當(dāng)前測試毫米波相控陣天線工作頻段的標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線。一個標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線安 裝在信標(biāo)塔上，通過調(diào)節(jié)信標(biāo)塔高度，使喇叭天線與相控陣天線法向?qū)R。通過矢量網(wǎng)絡(luò)分 析儀采集相控陣天線的方向圖。通過毫米波相控陣快速測試標(biāo)定算法對采集的相控陣天線 方向圖進行處理，實現(xiàn)對毫米波相控陣天線的快速、高精度標(biāo)定。
[0034] 首先根據(jù)未標(biāo)校前的毫米波相控陣的測試數(shù)據(jù)，建立分析模型。本發(fā)明的毫米波 相控陣測試標(biāo)定的流程圖如圖2所示，具體包括步驟：
[0035] (101)初始化配置測試環(huán)境，配置所需的測試儀器和測試設(shè)備；
[0036] (102)根據(jù)所配置的測試環(huán)境采集得到未標(biāo)校的毫米波相控陣方向圖；設(shè)定波束 形成峰值指向(外4〇)，對于未標(biāo)校的毫米波相控陣，其在方向(〃，)處的電場可表示為
[0038] 其中，每個通道的相位設(shè)定值= &·" cos 6? sin仰+奸,;sin外sin外+ cos %Φ n為每 個通道的相位誤差。相位誤差Φη主要由兩部分組成，一是每個通道由于相位不一致性帶來 的相位差A(yù) Ρη，二是由于陣元間的互耦作用導(dǎo)致每個陣元的實際相位中心位置發(fā)生偏移， 造成的波束合成時的相位變化，可表示為 (~'? + + 。
[0039] (103)通過峰值查找法，查找未標(biāo)校的毫米波相控陣方向圖得到實際的波束峰值。 毫米波相控陣方向圖的波束實際指向即采集得到的方向圖中電場最大值對應(yīng)的角度，波束 指向（外外）：：max￡(艮約。
[0040] (104)根據(jù)實際的波束峰值建立相控陣指向精度的分析模型，包含相控陣陣元間 不一致性和單元間互耦參數(shù);影響相控陣天線指向精度的主要因素為相控陣陣元間不一致 性造成的單元間幅度、相位差異;單元安裝誤差造成的單元位置偏差;單元間互耦造成的單 元輻射性能改變。相控陣單元間不一致性可通過對每個單元做幅度、相位補償予以修正，即 對每個單元的饋電相位pdl入一個修正量A Pn，其中在標(biāo)校前△ Pn為不確定因素。單元安裝 誤差可通過高精度攝像機進行圖像處理后予以修正。對于毫米波相控陣，由于陣列間距非 常小，單元間互耦是影響相控陣天線性能的重要因素，而且也難以通過測試的方法予以準(zhǔn) 確標(biāo)定。通過分析，單元間互耦的主要作用方式是當(dāng)所有