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CN111123221A - 有源相控阵体制sar通道全链路幅相稳定性测试方法 - Google Patents

有源相控阵体制sar通道全链路幅相稳定性测试方法 Download PDF

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CN111123221A CN201911276320.9A CN201911276320A CN111123221A CN 111123221 A CN111123221 A CN 111123221A CN 201911276320 A CN201911276320 A CN 201911276320A CN 111123221 A CN111123221 A CN 111123221A
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Abstract

本发明提供了一种有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，保证测试用微波探头天线位置满足远程测试条件并对准选定的待测天线阵面点位；断开天线阵面定标网络至内定标器的端口连接，将内定标器端口与微波探头天线通过地面测试用高频电缆进行连接；设置星载SAR系统处于单TR测试定标模式并进行整星加电开机记录回波数据；对前后两次测试获取的回波数据进行脉压处理取峰值处幅度和相位值，进行相应TR通道的幅相做差，并进行固定倾斜修正和固定温度偏移值补偿即可得到各TR通道幅相稳定性测试结果。满足了星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试的需求。

Description

有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法
技术领域
本发明涉及航天通信技术领域，具体地，涉及一种星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法。
背景技术
星载有源相控阵体制合成孔径雷达(SAR)是一种全天候全天时的对地观测手段，随着星载有源相控阵体制SAR技术的不断发展，对地面测试的效率和精度要求也越来越高，为实现星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性的高效测试，需要在原有的测试方法基础上进行改进和发展。
在本发明之前，星载有源相控阵体制SAR通道幅相稳定性的测试手段主要是内定标系统，内定标是消除系统误差，提升SAR定量化遥感性能的重要手段。内定标的主要作用包括测量TR通道幅相分布，以及提取系统参考函数，并监测其稳定性等。在目前已知的采用有源相控阵天线的星载SAR中，大多数系统采用功率分配网络和耦合器构成天线有线定标网络，再结合内定标器一起完成SAR系统有源收发通道的标定。可以使用定标网络进行阵面通道稳定性测试，但定标链路具有如下缺点：
a.定标网络仅能覆盖至TR组件输出口，不能覆盖TR组件与辐射阵面的连接接头，也不能覆盖辐射阵面，因此无法测试天线振动前后的射频连接正确性；
b.最终标定的幅相数据是定标网络和馈电网络一起的传输效应，定标网络本身的温度变化特性引入的误差无法简单去除。
在本发明之前，星载有源相控阵体制SAR通道幅相稳定性的测试也可以通过高精度近场扫描，得到精确的通道辐射特性，但近场系统需要高精度扫描架，在常规集成厂房内无法快速部署，而将整个SAR卫星系统运输至微波暗室内进行测试，则需要较长的测试时间和复杂的测试工装。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法。
根据本发明提供的一种有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，包括：
步骤一：保证微波探头天线中心对准选定的待测SAR天线的阵面点位，使得待测阵面区域各TR通道阵列辐射单元3dB波束与微波探头天线3dB波束存在交集；
步骤二：断开待测SAR天线阵面定标网络至内定标器高频电缆，将内定标器对外定标端口与微波探头天线进行连接；
步骤三：设置SAR分系统处于单TR测试定标模式，并设置相应的工作带宽，卫星加电开机并记录下传的定标回波数据；
步骤四：进行两次测试，保证两次测试的待测阵面区域和对准点位相同，同时确保两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求范围内，避免两次测试的相位缠绕；
步骤五：对两次测试记录获取的定标回波数据分别进行脉压处理，取各TR通道脉压后的峰值处幅度和相位值，两次测试结果做差并根据需要补偿固定倾斜分量和固定整体偏移量，得到各通道全链路幅相稳定性测试值。
优选地，所述的步骤一利用远场测试基本原理，实现待测阵面区域中的每个TR通道阵列辐射单元相对于微波探头天线满足远场测试条件。
优选地，微波探头天线中心对准选定的阵面点位包括：
对于待测SAR天线阵面区域上每一个辐射单元需满足远场条件；
微波探头天线的方向图主瓣，位于待测SAR天线阵面区域中任一辐射单元的主瓣以内。
优选地，所述的步骤二将待测SAR天线定标网络与内定器之间的高频电缆断开，通过地面测试用高频电缆将内定标器与微波探头天线进行连接。
优选地，所述的步骤三选择SAR分系统处于单TR测试定标模式，每个脉冲时刻仅一个TR通道开机，同时设置相应的工作带宽，分别进行发射状态测试和接收状态测试，并记录下传的定标回波数据。
优选地，所述的步骤四进行两次相同工况条件下的测试和数据记录，要求两次测试的待测阵面区域和对准点位相同，同时两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求范围内。
优选地，所述的两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制要求是：需满足X、Y、Z三个方向位置误差不大于1个波长，以避免相位缠绕现象。
优选地，所述的步骤五对两次测试记录获取的定标回波数据分别进行脉压处理，取各TR通道脉压后的峰值处幅度和相位值，并将相同TR通道两次测试处理的幅度和相位结果做差，同时由于两次测试微波探头天线和待测阵面区域的相对位置关系无法做到绝对一致，导致做差结果存在一个倾斜分量，且两次测试间温度的变化也会产生一个整体固定偏移值，为此修正倾斜分量和整体固定偏移值后即可到各通道全链路幅相稳定性测试值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法针对单TR通道全链路幅相特性测试，可以弥补内定标系统测试不能覆盖TR组件与辐射阵面的连接接头和不能覆盖辐射阵面的缺点。
2、本发明的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法通过标准微波探头天线实现简便高效的测试，无需暗室近场测试复杂的测试工装，且耗时也大大减少，同时精度也有保证。
3、本发明的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法可以在不改变SAR分系统设计的基础上，仅选择SAR分系统本身具有的单TR测试定标模式功能，即可实现各单TR通道的幅相特性数据获取。
4、本发明的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法重点解决了SAR通道全链路幅相稳定性测试高效化、通用化的问题，仅在常规回波数据处理时增加幅度相位做差和修正固定倾向量、以及补充整体固定偏移值的操作，提高了整星集成测试的效率，大大节约了时间。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法流程图；
图2为本发明星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例中，本发明的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法介绍如下：
步骤一：通过可调支架的精确调节，保证微波探头天线中心对准选定的阵面点位，使得待测阵面区域各TR通道阵列辐射单元3dB波束与微波探头天线3dB波束存在交集；
步骤二：断开天线阵面定标网络至内定标器高频电缆，将内定标器对外定标端口与微波探头天线进行连接；
步骤三：设置SAR分系统处于单TR测试定标模式，并设备相应的工作带宽，卫星加电开机并记录下传定标回波数据；
步骤四：进行两次测试，保证两次测试的待测阵面区域和对准点位相同，同时确保两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求范围内，避免两次测试的相位缠绕；
步骤五：对两次测试记录获取的定标回波数据分别进行脉压处理，取各TR通道脉压后的峰值处幅度和相位值，两次测试结果做差并根据需要补偿固定倾斜分量和固定整体偏移量，即可得到各通道全链路幅相稳定性测试值。
接下来对本发明进行详细的描述。
本发明涉及星载SAR地面集成测试，尤其为一种高效、通用的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法技术，涉及星载SAR地面装星集成测试过程中的通道特性测试处理，基于远场测试原理、可调支架、标准微波探头天线、单TR测试定标工作模式的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，包括调节支架以保证测试用微波探头天线位置满足远程测试条件并对准选定的待测天线阵面点位；断开天线阵面定标网络至内定标器的端口连接，将内定标器端口与微波探头天线通过地面测试用高频电缆进行连接；设置星载SAR系统处于单TR测试定标模式并进行整星加电开机记录回波数据；对前后两次测试获取的回波数据进行脉压处理取峰值处幅度和相位值，进行相应TR通道的幅相做差，并进行固定倾斜修正和固定温度偏移值补偿。本发明的目的是提供一种星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，实现星载SAR通道全链路幅相特性的测试，同时实现测试方法的高效化和通用化。
本发明涉及的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，包括以下步骤：
步骤一：通过可调支架的精确调节，保证微波探头天线中心对准选定的阵面点位，使得待测阵面区域各TR通道阵列辐射单元3dB波束与微波探头天线3dB波束存在交集；
步骤二：断开天线阵面定标网络至内定标器高频电缆，将内定标器对外定标端口与微波探头天线进行连接；
步骤三：设置SAR分系统处于单TR测试定标模式，并设备相应的工作带宽，卫星加电开机并记录下传的定标回波数据；
步骤四：进行两次测试，保证两次测试的待测阵面区域和对准点位相同，同时确保两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求范围内，避免两次测试的相位缠绕；
步骤五：对两次测试记录获取的定标回波数据分别进行脉压处理，取各TR通道脉压后的峰值处幅度和相位值，两次测试结果做差并根据需要补偿固定倾斜分量和固定整体偏移量，即可得到各通道全链路幅相稳定性测试值。
所述的步骤一利用远场测试基本原理，实现每个TR通道对应的阵列辐射单元相对于微波探头天线满足远场测试条件。对于待测SAR天线阵面区域，受厂房空间限制，微波探头天线测试无法满足远场条件，但对于待测天线阵面区域上每一个辐射单元需满足远场条件。同时为保证测试精度，微波探头天线的方向图主瓣，必须位于待测SAR天线阵面区域中任一辐射单元的主瓣以内，理论上要求微波探头天线主瓣3dB与待测SAR天线阵面区域最边缘处辐射单元主瓣3dB有重合。
所述的步骤二将SAR天线定标网络与内定器之间的高频电缆断开，通过地面测试用高频电缆将内定标器与微波探头天线进行连接，实现微波探头天线测试系统代替定标网络。
所述的步骤三设置SAR分系统工作于单TR测试定标模式，即每个脉冲时刻仅一个TR通道处于发射状态或接收状态，其余TR通道处于负载态；同时设置相应的工作带宽，整星加电开机并记录下传的定标回波数据。
所述的步骤四进行两次相同工况条件下的测试和数据记录，要求两次测试的待测阵面区域和对准点位相同，同时两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求范围内。
所述的两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求是：需满足X、Y、Z三个方向位置误差不大于1个波长，以避免相位缠绕现象。
所述的步骤五对两次测试记录获取的定标回波数据分别进行脉压处理，取各TR通道脉压后的峰值处幅度和相位值，并将相同TR通道两次测试处理的幅度和相位结果做差，同时由于两次测试微波探头天线和待测阵面区域的相对位置关系无法做到绝对一致，导致做差结果存在一个倾斜分量，且两次测试间的温度变化的因素也会产生一个整体固定偏移值，为此修正倾斜分量和整体固定偏移值后即可到各通道全链路幅相稳定性测试值。
更为具体地，本发明的主要内容为：
1、微波探头天线布设和精确对准
如图2所示，微波探头天线布设应满足远场测试条件和测试精度的要求，一是微波探头天线与待测阵面区域每一个辐射单元的距离d应满足远场条件；二是微波探头天线的方向图主瓣，必须位于SAR天线待测阵面区域中任一辐射单元的主瓣以内，理论上要求微波探头天线主瓣3dB与SAR天线待测阵面区域最边缘处辐射单元主瓣3dB有重合。
为保证两次测试的可比性，需要两次测试的微波探头天线与待测阵面区域的相对位置关系保持一致，要求两次微波探头天线布设相对于SAR天线阵面的X、Y、Z三个方向位置误差不大于1个波长，以避免相位缠绕现象。
2、工作模式设置
为了提高测试效率和测试精度，选择单TR测试定标工作模式，并设置SAR分系统的工作带宽，这样可以实现各单TR通道的分时工作，逐一进行各单TR通道全链路全带宽的幅相特性测试。
3、数据处理
首先对记录下传的定标回波数据进行数据格式转换获取回波复数据，并进行FFT转换，两次测试的各TR通道频域数据分别为S11_int(f)、S12_int(f)……S1N_int(f)和S21_int(f)、S22_int(f)……S2N_int(f)，其中N表示TR通道数；其次分别进行匹配滤波处理，匹配滤波函数为H(f)，两次测试数据经匹配脉压后输出分别为S1_out(f)＝[S11_int(f)·H(f)；S12_int(f)·H(f)；……；S1N_int(f)·H(f)]和S2_out(f)＝[S21_int(f)·H(f)；S22_int(f)·H(f)；……；S2N_int(f)·H(f)]；紧接着，两次测试的各TR通道数据脉压后进行插值处理取峰值处幅度值和相位值，两次测试的各TR通道峰值处幅度值分别为F1＝[F11_max,F12_max,……,F1N_max]和F2＝[F21_max,F22_max,……,F2N_max]、两次测试的各TR通道峰值处相位值分别为P1＝[P11_max,P12_max,……,P1N_max]和P2＝[P21_max,P22_max,……,P2N_max]，幅度变化测试量值为ΔF＝F1-F2、相位变化测试量值ΔP＝P1-P2；最后，对做差后的幅相数据进行固定倾向分量修正和整体固定漂移值修正即可得到真实幅相稳定性变化测试值。
综上所述，本发明的星载有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法主要是完成相控阵体制SAR装星集成过程测试中各TR通道幅相稳定性测试，包括整星振动试验前后的幅相性能测试和产品拆装导致的幅相变化测试，解决了就近场地灵活部署的问题，实现了与微波暗室近场扫描测试同等的精度，也弥补了内定标系统不能覆盖TR组件与辐射阵面的连接接头和也不能覆盖辐射阵面的缺点，实现了整星状态下高效快捷的天线定标测试验证，以检查SAR天线TR通道全链路随装星集成测试过程中导致的幅相变化情况，满足了星载SAR地面装星集成测试系统高效化、通用化的要求，极大提高了整星集成测试的效率。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，包括：
步骤一：保证微波探头天线中心对准选定的待测SAR天线的阵面点位，使得待测阵面区域各TR通道阵列辐射单元3dB波束与微波探头天线3dB波束存在交集；
步骤二：断开待测SAR天线阵面定标网络至内定标器高频电缆，将内定标器对外定标端口与微波探头天线进行连接；
步骤三：设置SAR分系统处于单TR测试定标模式，并设置相应的工作带宽，卫星加电开机并记录下传的定标回波数据；
步骤四：进行两次测试，保证两次测试的待测阵面区域和对准点位相同，同时确保两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求范围内，避免两次测试的相位缠绕；
步骤五：对两次测试记录获取的定标回波数据分别进行脉压处理，取各TR通道脉压后的峰值处幅度和相位值，两次测试结果做差并根据需要补偿固定倾斜分量和固定整体偏移量，得到各通道全链路幅相稳定性测试值。
2.根据权利要求1所述的有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，所述的步骤一利用远场测试基本原理，实现待测阵面区域中的每个TR通道阵列辐射单元相对于微波探头天线满足远场测试条件。
3.根据权利要求2所述的有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，微波探头天线中心对准选定的阵面点位包括：
对于待测SAR天线阵面区域上每一个辐射单元需满足远场条件；
微波探头天线的方向图主瓣，位于待测SAR天线阵面区域中任一辐射单元的主瓣以内。
4.根据权利要求1所述的有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，所述的步骤二将待测SAR天线定标网络与内定器之间的高频电缆断开，通过地面测试用高频电缆将内定标器与微波探头天线进行连接。
5.根据权利要求1所述的有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，所述的步骤三选择SAR分系统处于单TR测试定标模式，每个脉冲时刻仅一个TR通道开机，同时设置相应的工作带宽，分别进行发射状态测试和接收状态测试，并记录下传的定标回波数据。
6.根据权利要求1所述的有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，所述的步骤四进行两次相同工况条件下的测试和数据记录，要求两次测试的待测阵面区域和对准点位相同，同时两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制在一定的精度要求范围内。
7.根据权利要求6所述的有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，所述的两次测试的微波探头天线与待测阵面区域相对位置关系控制要求是：需满足X、Y、Z三个方向位置误差不大于1个波长，以避免相位缠绕现象。
8.根据权利要求6所述的有源相控阵体制SAR通道全链路幅相稳定性测试方法，其特征在于，所述的步骤五对两次测试记录获取的定标回波数据分别进行脉压处理，取各TR通道脉压后的峰值处幅度和相位值，并将相同TR通道两次测试处理的幅度和相位结果做差，同时由于两次测试微波探头天线和待测阵面区域的相对位置关系无法做到绝对一致，导致做差结果存在一个倾斜分量，且两次测试间温度的变化也会产生一个整体固定偏移值，为此修正倾斜分量和整体固定偏移值后即可到各通道全链路幅相稳定性测试值。
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