CN104569588B - 一种紧缩场平面波高频检测相位直线检测激光补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在待检紧缩场暗室中，建立三维直角坐标系；根据馈源位置、反射面位置和测试区的位置关系，确定扫描架的初始位置；对扫描架的垂直和水平姿态角进行调整，使其相位检测趋势满足平面波性能要求；在扫描架的探头天线上设置激光靶标，并在扫描架与反射面间设置一激光跟踪仪，通过激光跟踪仪实时捕捉激光靶标位置，获得扫描架的位置信息和位置偏差△x；根据光速、工作频率及相位关系，获得平面波的相位偏差结果，并将该偏差结果实时的补偿到相位检测结果中，能够满足高频时紧缩场平面波相位检测要求，提高紧缩场平面波相位检测精度。

Description

一种紧缩场平面波高频检测相位直线检测激光补偿方法

技术领域

本发明涉及一种紧缩场平面波高频检测相位直线检测激光补偿方法。

背景技术

紧缩场因其测量精度高、使用便捷等优点，已成为雷达目标RCS特性、导引头跟踪、隐身材料性能、高性能雷达天线及天线罩特性等高精度测量的必要设备。紧缩场采用精密的反射面，可在近距离将点源产生的球面波变换为平面波，评价紧缩场测试区平面波性能优劣最核心的一个指标为平面波场相位不平度。对相位不平度测量，当前最常用的一种方式就是在测试区架设一部扫描架，使扫描架扫描轨迹垂直于来波方向，检测系统布局图如图1所示。

当前存在的问题是，在对相位进行高频性能检测时，如果安装在扫描架上的探头扫描机械平面与平面波等相位面有所偏离，会导致相位测量产生较大误差，这种现象在频率提高时更为明显。如图2所示，假设探头移动机械平面与平面波等相位面偏离1mm，那么在2GHz～40GHz范围内相对一个波长，相位就会偏离从2.4°变化到48°。紧缩场在40GHz时相位不平度设计技术指标仅为20°，则扫描架机械精度带来的48°相位偏差对检测结果是不可忍受的，在频率高于40GHz时显得更加重要。因而在进行相位测量时，需要采用高精度的平面扫描架。但扫描架多次使用后，自身技术指标会严重恶化，且紧缩场的检测截面尺寸范围可达2m～12m，在这么大的区域范围，使探头移动的直线轨迹直线度指标满足待测频率波长的百分之一的技术要求，在实际检测时是非常难实现的。

所以为满足高频时紧缩场平面波相位检测要求，需要研究一种有效的方法来解决以上不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种紧缩场平面波高频相位直线检测激光补偿方法，本发明的紧缩场平面波高频相位直线检测激光补偿方法可有效地解决以上不足，能够通过设计的方法实时弥补扫描架直线度误差给相位检测带来的影响，能够满足高频时紧缩场平面波相位检测要求，提高紧缩场平面波相位检测精度。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种紧缩场平面波高频相位直线检测激光补偿方法，该方法的步骤包括：

在待检紧缩场暗室中，建立三维直角坐标系；

根据馈源位置、反射面位置和测试区的位置关系，确定扫描架的初始位置；

对扫描架的垂直和水平姿态角进行调整，使其相位检测趋势满足平面波性能要求；

在扫描架的探头天线上设置激光靶标，并在扫描架与反射面间设置一激光跟踪仪，通过激光跟踪仪实时捕捉激光靶标位置，获得扫描架的的位置信息和位置偏差△x；

根据光速、工作频率及相位关系，获得平面波的相位偏差结果，并将该偏差结果实时的补偿到相位检测结果中。

优选地，确定扫描架初始位置的步骤包括

利用相位测试仪对待检截面相位特性进行初检，通过电检测，判断扫描架整体是否摆正；

根据相位初检结果，适当调整扫描架垂直与水平姿态角，直到相位检测趋势满足平面波性能要求。

优选地，

待检紧缩场的工作频率为F，光速为C，则对应波长为C/F，根据位置偏差△x，计算相应的平面波相位偏差△p：△p＝△x/(C/F)×360°。

优选地，该方法进一步包括，对补偿后的相位进行分析，获得待检紧缩场平面波相位的变化信息。

本发明的有益效果如下：

现有紧缩场高频检测频率可达40GHz～110GHz，静区范围可达2m～12m，要求探头移动的直线度指标为待检频率波长的百分之一，即0.075mm～0.0273mm，使扫描架2m～12m范围内一直保持如此高的直线度指标要求，是非常难以实现的，随着扫描架精度的下降，紧缩场平面波相位的检测指标精度将难以保证。本发明的紧缩场平面波高频相位直线检测激光补偿方法可有效地解决以上不足，通过本发明方法实时弥补扫描架直线度误差给相位检测带来的影响，能够满足高频时紧缩场平面波相位检测要求，提高紧缩场平面波相位检测精度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出紧缩场测试区相位不平度检测系统布局示意图；

图2示出随检测频率升高相位偏差结果；

图3示出紧缩场平面波相位直线检测激光补偿布局示意图；

图4示出检测系统布局示意图；

图5-a和5-b示出激光靶标位置实时偏差记录。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种紧缩场平面波高频相位直线检测激光补偿方法，该方法的步骤包括：

在待检紧缩场暗室中，通过激光跟踪仪6，根据紧缩场馈源1的位置、紧缩场反射面2的位置、反射面中心、测试区3的位置等条件，对扫描架4初始位置定位；

利用相位测试系统，初检待检截面相位特性，通过电检测，判断扫描架4整体是否摆正，根据相位初检结果，适当调整扫描4架垂直与水平姿态角，直到相位检测趋势满足平面波性能要求；其中，相位测试系统包括矢量网络分析仪7、扫描架控制机箱8、网络交换机9和控制计算机10；

在扫描架4设有的探头天线上安装激光靶标5，在扫描架4与紧缩场反射面2之间设置一台激光跟踪仪6，控制激光跟踪仪6实时捕捉激光靶标位置，把位置反馈信息实时记录，记录位置偏差为△x；

设待检紧缩场频率为F，光速设为C，则对应波长为C/F，根据位置偏差为△x，则相应的相位偏差即为△p＝△x/(C/F)×360°；

得到相位偏差结果后，实时通过控制软件把相位偏差结果补偿到相位检测结果中，通过控制软件实时显示相位检测结果；

根据数据分析软件，分析相位检测结果，得到待检紧缩场平面波相位的变化信息。

本发明在扫描架4的探头天线上加装一个激光靶标5，在扫描架4与紧缩场反射面2之间的平面波传播区域内设置一台激光跟踪仪，激光跟踪仪实时采集激光靶标5反馈的探头位置，把位置偏差数据实时反馈给计算机，根据距离偏差，通过相位修正算法，实时补偿相位测量结果。如图3紧缩场平面波相位直线检测激光补偿布局示意图所示，探头天线安装在测试区扫描架4上，理论上应该按照图3中的理论轨迹移动，即沿垂直于来波方向垂直方向或水平方向移动，但由于扫描架4自身的直线度偏差，探头移动的行程为图3中的波浪线实际轨迹，甚至有倾斜趋势，扫描架未严格摆正姿态。因此本发明所述技术方案中在扫描架的探头天线上加装固定一个激光靶标，在扫描架4与紧缩场反射面2之间的平面波传播区域内设置一台激光跟踪仪6，随着探头的移动，靶标5会实时把位置信息反馈给激光跟踪仪6，跟踪仪会记录数据，并传给计算机，根据获得的扫描架偏差，带入相位修正算法中，获得相位补偿结果，再利用计算机实时对相位检测结果进行补偿修正。

图1为现有的仅靠扫描架自身精度保证紧缩场平面波相位的检测精度，本发明与其有以下不同：

本发明利用激光跟踪仪及激光靶标可以实时知道扫描架的位置偏差；

本发明通过相位修正算法，可以根据位置偏差得到相位偏差，可实时补偿相位结果。

下面通过一组实施例对本发明作进一步说明：

1、检测系统布局示意图如图4所示，相位检测系统为矢量网络分析仪，扫描架行程为2m×2m，可在垂直方向与水平方向移动；

2、在待检紧缩场暗室中，通过激光跟踪仪6，根据紧缩场馈源1的位置、紧缩场反射面2的位置、反射面中心、测试区3的位置等条件，对扫描架4初始位置定位；

3、利用相位测试系统，初检待检截面相位特性，通过电检测，判断扫描架整4体是否摆正，根据相位初检结果，适当调整扫描架垂直与水平姿态角，直到相位检测趋势满足平面波性能要求，其中，相位测试系统包括矢量网络分析仪7、扫描架控制机箱8、网络交换机9和控制计算机10；

4、在探头天线上安装激光靶标5，在扫描架4与紧缩场反射面之间的平面波传播区域内设置一台激光跟踪仪6，控制激光跟踪仪6实时捕捉激光靶标5的位置，实时记录该位置的反馈信息，同时记录位置的偏差△x，如图5-a所示，从图中可以看到天线移动2m行程时，轨迹偏移了近3mm，这个数值不但包含了扫描架设备的直线度精度，还包含了扫描架机械定位调整时导致的误差，即图3中的实际轨迹加偏离趋势，图中横坐标表示水平方向，纵坐标表示偏离误差；

5、设待检紧缩场频率为F，光速设为C，则对应波长为C/F，根据位置偏差为△x，则相应的相位偏差即为△p＝△x/(C/F)×360°；

6、得到相位偏差结果后，实时通过控制软件把相位偏差结果补偿相位检测结果中，实时显示补偿修正后的相位检测结果；

根据数据分析软件，得到待检紧缩场平面波相位的变化信息，如图5-b所示，该图所示结果为水平极化40GHz水平方向移动条件下获得的相位修正前后结果对比，修正后相位曲线在20°范围内变化，符合平面波特性，提高了测量精度，图中横坐标表示水平移动方向，纵坐标表示相位。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种紧缩场平面波高频相位直线检测激光补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在待检紧缩场暗室中，建立三维直角坐标系；

根据紧缩场馈源、反射面和测试区在暗室中的位置关系及坐标，确定扫描架的初始位置；

对扫描架的垂直和水平姿态角进行调整，使其相位检测趋势满足平面波性能要求；

在扫描架的探头天线上设置激光靶标，并在扫描架与反射面之间的平面波传播路径上设置一激光跟踪仪，通过激光跟踪仪实时捕捉激光靶标位置，获得扫描架的位置信息和位置偏差△x；

根据紧缩场的工作频率、光速和扫描架的位置偏差，获得平面波的相位偏差结果，并将该偏差结果实时的补偿到相位检测结果中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定扫描架初始位置的步骤包括

利用矢量网络分析仪对待检截面相位特性进行初检，通过电检测，判断扫描架整体是否摆正；

根据相位初检结果，适当调整扫描架垂直与水平姿态角，直到相位检测趋势满足平面波性能要求。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

待检紧缩场的工作频率为F，光速为C，则对应波长为C/F，根据位置偏差△x，计算相应的平面波相位偏差△p：△p＝△x/(C/F)×360°。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括，对补偿后的相位进行分析，获得待检紧缩场平面波相位的变化信息。